Badacze z Massachusetts opracowali reometr w linii do drukowania 3D FDM

Naukowcy, pochodzący z University of Massachusetts Lowell i Saint-Gobain Research North America, niedawno opublikowali pracę zatytułowaną "In-line reological monitoring of topsed deposition modeling", poświęconą ich pracom nad stworzeniem reometru w linii Proces FDM CD3D .

Streszczenie brzmi: "Wbudowany reometr został włączony do modelowania topionego stopu Po raz pierwszy drukarka zaprojektowała zmodyfikowaną dyszę z niestandardowym przetwornikiem ciśnienia i termoparą do pomiaru przetworzonej temperatury stopu. Dodatkowo, objętościowe natężenia przepływu i szybkości ścinania były monitorowane przez zliczanie impulsów silnika krokowego, jak również impulsów z niestandardowego enkodera filamentu w celu uwzględnienia poślizgu filamentów i pominięcia etapów silnika. Opisano wbudowanie czujników oraz projekt i rozwój reometru w linii; przedstawiono ciśnienia, temperatury i lepkości w dyszy drukującej 3D. Reometr in-line został zwalidowany w stosunku do tradycyjnej reologii rotacyjnej w trybie off-line i pomiarów reologii kapilarnej, analizując dwa materiały polimerowe: poliwęglan i polistyren wysokoudarowy. W przypadku reometru in-line uwzględniono szereg poprawek reologicznych, w tym wpływ na wejście, korekty nienewtonowskie, nagrzewanie na ścinanie, skutki ciśnienia oraz wahania temperatury / niedokładności. Uzyskano doskonałą zgodność pomiędzy reometrem in-line i off-line po zastosowaniu najbardziej krytycznych poprawek, które okazały się efektami wejścia, korektami nienewtonowskimi i niedokładnościami temperatury. Po zastosowaniu odpowiednich korekcji, reometr in-line zapewnia dokładny pomiar lepkości, który można wykorzystać do monitorowania w czasie rzeczywistym i kontroli procesu. "

Reometry typu in-line lub on-line są najbardziej często sprawdzane za pomocą korekcji reologicznych, a następnie porównywanie pomiarów on-line z pomiarami off-line. Korekty te są ważne, aby uzyskać dokładne pomiary lepkości, ale zgodnie z dokumentem "reometry w linii jeszcze nie zostały włączone lub zbadane na FDM, aby potwierdzić obliczenia teoretyczne lub zbadać wpływ reologii na ostateczne właściwości." < / p>

"W tym artykule opisano projekt niestandardowego przetwornika ciśnienia i niestandardowej dyszy wymaganej dla reometru w linii. Wydajność reometru jest walidowana z pomiarami reologicznymi poza linią, jak również zporównanie w linii z reometrem kapilarnym. Na koniec rozważono i omówiono różne korekty reologiczne, w tym skutki końcowe, przepływ nieniutonowski, lepkie rozpraszanie, efekty ciśnienia i korekty temperatury ", napisali naukowcy.

Naukowcy przeanalizowali lepkie rozpraszanie jako cóż, choć uznano ją za nieistotną i nie wprowadzono żadnych poprawek do danych. Zastosowano drukarkę 3D LulzBot TAZ 6, a naukowcy opracowali nowy system dysz, wraz z kilkoma niestandardowymi częściami, w celu stworzenia reometru w linii. Zarówno zaciski obciążników, jak i dysze zostały wykonane z mosiężnych odlewów z utraconych woskowych wzorów 3D wydrukowanych przez Shapeways, a filamenty z poliwęglanu (PC) i wysokoudarowego polistyrenu (HIPS) analizowano na reometrze w linii.

Naukowcy zatwierdzili reometr FDM w linii produkcyjnej (FDMRheo) za pomocą drukowania 3D w otwartej przestrzeni ze stacjonarną dyszą podnoszoną 30 cm nad płytą montażową. Reologii kapilarnej (CapRheo) i reologii rotacyjnej (RotRheo) dokonano dla materiałów HIPS i PC. Naukowcy odkryli, że zaprojektowane przez nich FDMRheo były w stanie zapewnić bardzo dokładne pomiary lepkości.

"FDMRheo może zbierać dane w szerokim zakresie temperatur i szybkości ścinania, aby wygenerować udany model Cross-WLF do analizy ciągłe krzywe lepkości w zależności od temperatury, szybkości ścinania i ciśnienia. Czujnik do pomiaru prędkości podawania włókna, jak również termoelement do pomiaru temperatury stopu, miał kluczowe znaczenie dla rozmieszczenia i dokładności reometru w linii. Efekty wejściowe były najważniejszą korektą w celu uzyskania dokładnej lepkości, dlatego należy wprowadzić poprawkę Bagleya, aby umożliwić użycie FDMRheo do sterowania procesem FDM w czasie rzeczywistym. Na przykład można opracować schemat kontroli, aby zoptymalizować prędkość drukowania, utrzymując jednocześnie ciśnienie i lepkość w idealnym oknie przetwarzania "- podsumowali naukowcy. "FDMRheo jest odpowiedni do analizy lepkości nowych materiałów do druku 3D, aby szybciej wprowadzić nowe materiały na rynek; Wizja jest taka, że ​​reometr może umożliwiać automatyczną optymalizację procesu i zapewnienie jakości za pomocą modeli opartych na fizyce dla zespalania spoin (tj. siły międzywarstwowej), stresu szczątkowego, gęstości druku i skurczu. "