Bezpośrednie pisanie atramentem wspomaganym promieniowaniem UV 3D drukowanych i "4D drukowanych" części epoksydowych z pamięcią kształtu

Naukowcy z Southwest Jiaotong University i Georgia Institute of Technology omawiają swoje odkrycia dotyczące badania zarówno druku 3D, jak i 4D za pomocą druku atramentowego bezpośredniego UV-assisted. Zauważając, że tradycyjne procesy drukowania 3D wykorzystują typowe materiały, takie jak ABS, PLA i inne, badacze zwrócili uwagę na żywicę epoksydową do bardziej ekspansywnych zastosowań, które mogą wymagać powlekania i klejenia. Żywica epoksydowa jest również znana ze swojej wytrzymałości mechanicznej i jest bardziej odporna na temperaturę i właściwości chemiczne, które sprawiają, że nadaje się ona do zastosowań takich jak lotniczy.

Wcześniej epoksyd prezentował wyzwania związane z pękaniem i opłacalnością, ale 3D drukowanie z bezpośrednim atramentem jest bardziej skuteczne dzięki zastosowaniu nanocząstek, które zwiększają efekt "ścinania". Proces utwardzania termicznego może stanowić problem, jeśli nie jest wykonywany w niższych temperaturach i przy ścisłej kontroli i monitorowaniu.

Wysokie temperatury mogą prowadzić do wypaczenia drukowanego przedmiotu, a ten alternatywny preparat składników do bezpośredniego atramentu został uznany za "żmudny", jak stwierdzili poprzedni badacze. Inni opracowali procesy DIW z utwardzaniem UV. Udało się to w aplikacjach do tworzenia elementów, takich jak przewodzące cewki sprężynujące i wolnostojące nanokompozytowe czujniki odkształceń, ale wciąż istniały znaczące wyzwania, takie jak zatykanie, kruchość i drukowane problemy z parametrami CD3D .

Zespół badawczy stworzył nową metodę, wciąż polegającą na wspomaganiu UV dla utwardzania, ale w dwóch etapach:

" Nowa żywica zawierająca szybkie fotoutwardzalna żywica i utwardzalny termicznie oligomer epoksydowy jest wzmocniony zmatowionym SiO2, który można wykorzystać jako atrament do druku DIW "- stwierdzają naukowcy. "Każda warstwa jest drukowana, po czym następuje utwardzanie UV ex situ, co pozwala skutecznie uniknąć zatykania dysz. Elastyczna sieć utworzona przez żywicę utwardzalną promieniowaniem UV może bardzo dobrze utrzymać kształt części nawet w podwyższonej temperaturze. "

" Po wydrukowaniu metodą DIW, część o złożonej strukturze przenosi się do pieca grzewczego i utwardzane termicznie podobnie jak zwykła żywica epoksydowa. Ponadto, dobre połączenie międzyfazowe można uzyskać przez tworzenie wiązań chemicznych pomiędzy różnymi włóknami prowadzącymi do izotropowych właściwości mechanicznych. Ten dwuetapowy proces utwardzania umożliwia wytwarzanie kompozytów epoksydowych z polimerami sieciowymi (IPN), które wykazują wysoką ciągliwość z przestrajanymi mechanicznyminieruchomości. Wydrukowany kompozyt epoksydowy wykazuje również dobre właściwości pamięci kształtu przy wysokim współczynniku kształtu, współczynniku odzysku kształtu i stabilności cyklu. "

W nowej metodzie DIW wydrukowano:

Naukowcy twierdzą, że z tą techniką wiąże się niższa prędkość, ale na to składają się inne korzyści, takie jak "doskonałe wiązanie międzyfazowe" materiałów i "szeroko dostrajane właściwości mechaniczne", które są widoczne na etapie późnego utwardzania. W druku 3D za pomocą kompozytów epoksydowych jedną warstwę materiału osadzono przy użyciu DIW, a następnie utwardzano UV przez dziesięć sekund. Powtarza się to dla każdej warstwy, pozwalając na drukowanie części o złożonej geometrii, później utwardzanych przez dwie godziny i po utwardzaniu przez jedną godzinę.

"Następnie oligomer epoksydowy w pierwszej sieci polimeryzowano do Tworzy IPN o bardzo ulepszonych właściwościach mechanicznych "- stwierdzają badacze.

Tusz nanokompozytowy, mierzony lepkościomierzem, zaczął wykazywać tendencje do ścierania się przy ścinaniu, ponieważ dodawano krzemionkę, umożliwiając udane wytłaczanie. Podczas testów zespół stworzył wiele skomplikowanych struktur z dyszą 22 GA (średnica wewnętrzna 0,41 mm). Nie tylko wydruki 3D z atramentem były wystarczające, ale uznali, że wyniki są doskonałe. Wraz z tym zaczęli drukować 3D, skupiając się na pamięci kształtu, testując swoje wysiłki nad logo drukowanym 3D, które zareagowało w ciągu dziesięciu sekund po zanurzeniu w gorącej kąpieli olejowej. Wyniki były takie same dla wydrukowanego paska testowego.