Uniwersytet Tsinghua bada, czy mieszanki PLA i PBS są odpowiednie do drukowania 3D FDM

Trio naukowców z Uniwersytetu Tsinghua w Pekinie opublikowało niedawno pracę zatytułowaną "Przygotowanie i charakterystyka mieszanek poli (butylobursztynianowych) / polilaktydowych do stapiania w technologii topienia 3D", o przygotowywaniu mieszanek materiałowych PLA i PBS z różnymi kompozycjami , a następnie sprawdzenie, czy nadają się one do zastosowania jako filament do drukowania 3D FDM.

Streszczenie brzmi: "Aby uzyskać nowy rodzaj biodegradowalnego materiału o wysokiej wytrzymałości i wytrzymałości, stosowany do modelowania topionego depozycji (FDM) , szereg materiałów polimerowych na bazie poli (butyjanu bursztynianu) (PBS) przygotowano przez zmieszanie z polilaktydem (PLA). Scharakteryzowano właściwości reologiczne, termiczne i mechaniczne oraz właściwości drukowania mieszanek FDM, takie jak zniekształcenie, przekrój poprzeczny i wytrzymałość wiązania międzywarstwowego. Wyniki pokazują, że przy zwiększaniu zawartości PLA, mieszanki mają lepszą lepkość w stanie stopionym, większą wytrzymałość na rozciąganie i moduł, które są bardziej odpowiednie do drukowania FDM. Zwłaszcza, gdy zawartość PLA jest większa niż 40%, zniekształcenia spowodowane naprężeniem szczątkowym spowodowanym skurczem objętościowym znikają podczas procesu drukowania, a zatem uzyskuje się produkty o dobrej dokładności wymiarowej i perłowym połysku. Wyniki pokazują, że kompozycje mieszanki o umiarkowanej lepkości, niskim stopniu krystaliczności i wysokim module są bardziej odpowiednie do drukowania FDM. W porównaniu z niskim wydłużeniem po zerwaniu komercyjnie drukowanego materiału FDM, materiały z mieszanki PBS / PLA wykazują typowe zachowanie plastyczne z wydłużeniem 90-300%. Dlatego, poza biodegradowalnością, mieszanki PBS / PLA wykazują doskonałe właściwości mechaniczne i przydatność jako materiały do ​​drukowania FDM. Ponadto oczekuje się, że nasze badanie dostarczy metod oceny przydatności tego, czy termoplastyczny materiał polimerowy nadaje się do drukowania FDM, czy nie. "

Jeśli chodzi o prototypowanie, FDM jest jedną z najczęściej stosowanych metod technologie i wiele badań materiałowych zostało przeprowadzonych dla tej technologii. Badacze ciężko pracowali nad opracowaniem nowych materiałów polimerowych do druku 3D FDM z wysoką dokładnością wymiarową i dobrymi właściwościami mechanicznymi. PLA, który teoretycznie może być degradowany do zwykłego dwutlenku węgla i wody w warunkach naturalnych, jest często stosowany, ale jest niestety kruchym materiałem, który ogranicza jego zastosowania. CD3D .

PBS, z doskonałym termicznymstabilność, ma przyzwoicie niską temperaturę topnienia i doskonałą ciągliwość, co sprawiłoby, że byłaby dobra do druku 3D FDM. Jednak nie opublikowano zbyt wielu badań na temat wykorzystania tego materiału jako włókna drukowego 3D.

"Jednym z powodów jest to, że jego niska wytrzymałość stopu utrudnia ciągłe formowanie pojedynczego włókna podczas wytłaczania, co sprawia, że ​​drukowanie kończy się w połowie "- wyjaśniają naukowcy. "Ponadto, zniekształcenie wywołane przez stosunkowo duży skurcz objętości podczas chłodzenia prawdopodobnie ma miejsce po krystalizacji, co skutkuje wadliwymi produktami. Dlatego też modyfikacja PBS jest niezbędna, aby rozwiązać wyżej wymienione wady i sprawić, że materiał będzie odpowiedni do drukowania FDM. "

Poprzez mieszanie materiałów można połączyć zalety tych dwóch składników - dlatego ta metoda modyfikacji jest stosowany tak często w przypadku materiałów polimerowych. Istnieje niewiele badań na temat zastosowania mieszanek PBS w druku 3D FDM, więc zespół badawczy Tsinghua nasilił się.

"Badano właściwości reologiczne, termiczne i mechaniczne mieszanek i drukowano różne próbki z tymi włóknami, aby ocenić ich przydatność do systemu FDM "- napisali naukowcy. Mierzono także siłę wiązania między warstwami w drukowanych produktach. Ponadto spodziewamy się znaleźć związek między właściwościami materiałów a wydajnością drukowania FDM, aby dać odniesienie do oceny, czy termoplastyczny materiał polimerowy, nie ograniczony do mieszanek polimerów, nadaje się do drukowania metodą FDM, czy nie. " p>

Zespół najpierw susził peletki PBS i PLA w 65 ° C przez 12 godzin w piecu próżniowym przed ich obróbką i wytłaczanie zmieszanych peletek na filamenty do drukowania 3D FDM. Oprócz kilku innych kształtów, takich jak królik, wydrukowano model prostopadłościanu, aby pokazać zniekształcenie, które może być przeszkodą do pokonania w FDM.

Zmierzono lepkość ścinania stopionej mieszanki polimerów, wzdłuż o właściwościach termicznych, takich jak temperatura zeszklenia. Naukowcy również formowali wtryskowo peletki z mieszanką polimerów, aby uzyskać pręty o kształcie haka i prostopadłościanu do prób rozciągania i uderzeń, a także przeprowadzili analizę termiczną tych prętów, aby "zbadać wpływ procesu drukowania FDM na zachowanie się PBS w krystalizacji. / Mieszanki PLA. "

" Wszystkie mieszanki wykazują doskonałe właściwości przetwórcze i mogą być wytłaczane jako monowłókna o średnicy 1,75 mm za pomocą wytłaczarki jednoślimakowej. Wraz ze wzrostem PBSzawartość, wydłużenie przy zerwaniu i siła uderzenia powstających mieszanek "- wyjaśniają naukowcy. "Jednakże zniekształcenie zadrukowanych prętów wzrasta z powodu większego skurczu objętościowego wynikającego z wyższego stopnia krystaliczności w mieszankach. Ponadto, wytrzymałość wiązania międzywarstwowego poprawia się ze względu na zmniejszoną lepkość stopu. Gdy zawartość PLA w mieszankach jest nie mniejsza niż 40% wagowych, drukowanie FDM może przebiegać płynnie bez zauważalnego zniekształcenia ani oddzielenia od platformy w temperaturze pokojowej. "

W dokumencie stwierdza się także, że PBS60 / PLA40 i PBS40 / PLA60, pod względem wytrzymałości wiązania międzywarstwowego, wytrzymałości materiału i zniekształceń, są "optymalnymi kompozycjami mieszanek" do stosowania w drukowaniu 3D FDM.

"Dlatego z perłowym połyskiem i dobrymi właściwościami mechanicznymi jak oraz dokładność wymiarowa, mieszanki PBS / PLA oparte na surowcach biologicznych są nowymi obiecującymi materiałami do produkcji włókien FDM do zastosowań w wielu dziedzinach, zwłaszcza w projektowaniu architektonicznym ", podsumowują naukowcy. "Ponadto, nasze badanie ma dostarczyć metod oceny, czy termoplastyczny materiał polimerowy nadaje się do drukowania FDM, czy nie."