ORNL Polyester i Vinylester jako możliwe materiały do ​​wielkoskalowego druku 3D

W artykule zatytułowanym "Vinylester and Polyester 3D Printing" naukowcy z Oak Ridge National Laboratory (ORNL) połączyli siły z naukowcami z Polynt Composites USA, aby ocenić wykonalność druku 3D materiałów winylowych i poliestrowych. Obie organizacje współpracowały w celu oceny chemicznych substancji podstawowych Polynt dla produkcji dodatków polimerowych na dużą skalę.

Projekt składał się z trzech zadań: reologii i kinetyki reakcji; rozpuszczalniki, arkusze kalkulacyjne i analiza bezpieczeństwa; i demonstracja dowodu idei.

"Drukowalność żywic poliestrowych lub winyloestrowych wynika przede wszystkim z reologii i kinetyki reakcji polimerów" - stwierdzają naukowcy. "Właściwości te można kontrolować poprzez modyfikację chemiczną i wprowadzanie dodatków. Zdolność do kontrolowania tych właściwości odróżnia wytwarzanie reaktywnych dodatków (AM) od termoplastycznego AM, który jest napędzany głównie gradientami temperatury, których nie można kontrolować. Polimery badane w fazie 1 tego projektu miały lepkość 300-700 centypoz (cP), a czas reakcji wynosił od 9 do 40 minut. "

Badacze następnie ocenili względy bezpieczeństwa w przypadku druku 3D na dużą skalę materiały winyloestrowe i poliestrowe. Niektóre z głównych problemów dotyczyły właściwości wybuchowych oraz zdrowotnych i bezpieczeństwa styrenu. Niskokosztowe arkusze Mylar zostały wykorzystane w pierwszej fazie projektu, a aceton został użyty do czyszczenia sprzętu.

Jako dowód koncepcji, naukowcy użyli Thermobot z Magnum Venus Products do druku 3D artykuły demonstracyjne pokazujące wykonalność drukowania materiałów winyloestrowych i poliestrowych. Quasi-statusowe próby rozciągania były wykonywane na drukowanych elementach 3D dla obu osi X i Z. Wyniki pokazały, że ta nowa klasa reaktywnych polimerów będzie przewyższać istniejące materiały termoplastyczne stosowane do produkcji dodatków na dużą skalę. Zmniejszenie właściwości od kierunku drukowania (X) do kierunku budowy (Z) wynosi tylko 29%, co jest mniej znaczącym spadkiem niż w przypadku większości materiałów termoplastycznych.

"Standardowe strategie planowania ścieżki narzędzia zostały przyjęte z drukarek termoplastycznych - kontynuują naukowcy. "Udowodniono jednak, że materiały ocenione w tym projekcie pozwoliły na większą swobodę w planowaniu ścieżek narzędzia, ponieważ możliwe było przekroczenie wcześniej osadzonego stopki bez zatrzymywania i zatrzymywania druku. Wyeliminowanie postojów na przejściach kulki spowoduje znaczny czasoszczędności i prawdopodobnie poprawa właściwości mechanicznych struktury drukowanej. "

Ogólnie rzecz biorąc, projekt wykazał, że materiały poliestrowe i winyloestrowe są obiecujące dla produkcji dodatków na dużą skalę.

" Wysokie wartości wytrzymałości w porównaniu do istniejącego termoplastycznego materiału dodatków wykazano wraz z mniejszą niż 30% redukcją wytrzymałości Z w porównaniu do siły kierunku drukowania ", podsumowują naukowcy. "Materiały te nie wymagają wkładu energii podczas drukowania i wykazano, że zapewniają większą swobodę w planowaniu ścieżki narzędzia. Dodatkowo, włókno węglowe lub inne dodatki o niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej nie są wymagane do uzyskania wydruków na dużą skalę, przedstawiając możliwość wprowadzenia tanich materiałów na dużą skalę AM. "

Naukowcy z powodzeniem spotkali się cele w fazie 1 projektu, demonstrujące wykonalność zastosowania poliestru i winyloestru do produkcji dodatków na dużą skalę. Następnym krokiem jest uzyskanie wyższych konstrukcji i optymalizacja właściwości materiału w celu zapewnienia stałego osadzania przy użyciu dostępnego wyposażenia. Naukowcy są przekonani, że materiały te mogą być stosowane w aplikacjach wymagających wytrzymałości poza zasięgiem istniejących termoplastycznych materiałów do drukowania 3D.

Autorami artykułu są John Ilkka, Steve Voeks, John Lindahl i Vlastimil Kunc.