Новый взгляд на аддитивное производство:крупномасштабная термореактивная печать, армированная волокном

Компания Magnum Venus Products (MVP), ведущий производитель оборудования для нанесения композитов, начала работу над установкой для реактивного аддитивного производства (RAM) в 2017 году. В том же году Polynt, поставщик термореактивных полимеров, гелькоутов и SMC, начал работу с Oak Ridge. Национальная лаборатория (ORNL) для разработки реактивного материала для использования в системе RAM. На выставке CAMX 2018 (15-18 октября, Даллас, Техас) усилия команды были отмечены наградой ACE Infinite Possibility Award за создание 3D-принтера большой площади для термореактивных материалов. На этой неделе CW присутствовали на мероприятии по запуску, на котором эти три партнера продемонстрировали первую в мире крупномасштабную систему аддитивного производства термореактивных композитов на производственном демонстрационном центре (MDF) Департамента энергетики (DOE) в ORNL.

Машина для реактивного аддитивного производства (RAM) MVP и печатный материал Polynt Reactive Deposition PRD-1520 демонстрируются в Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL). ИСТОЧНИК | CW

Реактивное аддитивное производство (RAM)

Несмотря на то, что была разработана технология, позволяющая выполнять 3D-печать с использованием термореактивных материалов, отверждаемых УФ-излучением, печатные носители RAM и Polynt Reactive Deposition PRD-1520 составляют первую крупномасштабную систему - текущая конструкция составляет 8 футов на 16 футов на 3,5 фута - для использования реактивной смолы. полимеризуется при температуре окружающей среды без УФ-активации. Эта технология предназначена для недорогих приспособлений, инструментов для термоформования и форм для автоклавов, а также для более широкого спектра применений. «RAM обеспечивает более прочную, более энергоэффективную продукцию с улучшенными тепловыми характеристиками», - пояснил главный исполнительный директор по безопасности Боб Вандерхофф.

Система RAM включает в себя большую платформу для печати и напольную насосную систему MVP, при этом только печатающая головка установлена ​​на портале с компьютерным управлением. Насосная система точно измеряет и дозирует армированную коротким стекловолокном винилэфирную смолу и пероксидный инициатор в статический смеситель в печатающей головке. Смешанная смола затем экструдируется через сопло, аналогично большинству систем моделирования наплавленного осаждения (FDM). «При использовании сопла диаметром 1,2 миллиметра скорость печати составляет примерно 1,2 метра в секунду», - сказал Джон Линдал, технический руководитель ORNL по термореактивным полимерам / композитам в аддитивном производстве (AM). «RAM может достигать функций масштаба FDM, при этом обеспечивая высокую производительность почти 7 кг / час (15 фунтов / час)».

ИСТОЧНИК | https://www.mvpind.com/3d-printer/

Платформа сборки является модульной, состоит из восьми сегментов. «Каждый из них легко удаляется и индексируется », - отмечает Властимил Кунч, руководитель научно-производственной группы ORNL. «Я могу перемещать их одними пальцами, так что вы можете вытащить один и заменить его другим, если вы хотите подвергнуть его последующему лечению или механической обработке». Это затем модулирует процесс, чтобы его можно было масштабировать для производства деталей в больших объемах. «У нас также есть интегрированный робот для подбора и размещения возможность встраивать в оперативную память датчики, термопары, RFID-метки и нагревательные элементы, например, по мере необходимости », - добавляет он.

«RAM также оснащена инфракрасными камерами и оптическими датчиками для отслеживания экзотермии и температуры во время сборки», - отмечает Линдал. «Мы разработали одномерную термо-химио-реологическую модель, которую мы используем с полубесконечной стеной, которая является самой сложной конструкцией из этих материалов. Модель сообщает нам, на основе смолы для печати и реакции, какое время слоя вам нужно, с какой скоростью вы можете печатать (объемный выход) и насколько сильно он будет нагреваться. Все это помогает нам в оптимизации параметров печати RAM и полное понимание вязкоупругого поведения смолы с печатью во время гелеобразования, отверждения и полной печати ».

Принтер RAM оснащен инфракрасными камерами и оптическими датчиками, которые отслеживают экзотермию и соответствие оптимизированным параметрам, как определено термохимиореологической моделью ORNL. ИСТОЧНИК | CW

Polynt Reactive Deposition (PRD-1520) для повышения эффективности

PRD-1520 - это предварительно промотированная, предварительно приготовленная ненасыщенная смола на основе сложного винилового эфира, разработанная с высокой вязкостью (2,5–3,0 млн сП) для перекачивания и 3D-печати. Он был разработан для использования в принтере MVP RAM, отличается низкой усадкой и температурой теплового отклонения (HDT) 94 ° C / 201 ° F и температурой стеклования 107 ° C / 225 ° F. Это по сравнению с HDT 56 ° C, 88-98 ° C и 110 ° C для PLA, ABS и нейлона, соответственно, по данным поставщиков нити для 3D-печати. «Однако химический состав PRD-1520, на который подана заявка на патент, обеспечивает химическую связь между напечатанными слоями . , который увеличивает свойства 3D-печатных структур, в том числе в 2–4 раза большую прочность в z-направлении по сравнению с термопластами », - пояснил директор по исследованиям и разработкам Polynt Стив Вокс. Он также отметил длительное открытое время смолы (время гелеобразования 20-25 минут), «что позволяет печатать большие структуры с началом и остановкой, а также с большими интервалами между слоями». Эта возможность печати на ранее нанесенных, но все еще мягких материалах значительно увеличивает свободу движения инструмента.

«Разработанная нами траектория инструмента уникальна для термореактивных материалов, - пояснил Линдал. «Мы можем напечатать очень эффективные структуры, начав с разреженного заполнения, а затем завершив его слоем с нулевыми пустотами . . Мы начинаем с чередования слоев 0 ° / 90 °, а затем пути печати 0 ° и 90 ° в одном переходном слое, который затем покрывается сплошным слоем для печати. Это позволяет печатать большие поверхности при значительном сокращении печатного материала . а также вес, время печати и стоимость ». Технический документ, объясняющий эту технологию, будет представлен докторантом ORNL Крисом Херши на выставке CAMX 2019 в четверг, 26 сентября, в 10:00. «Крупномасштабное реактивное экструзионное напыление разреженных заполнителей с твердым периметром» уже было удостоено награды CAMX 2019 за выдающийся технический документ и лучший доклад в рамках конференции по аддитивному производству.

«При использовании PRD-1520 оперативная память в настоящее время является самой энергоэффективной 3D-принтер для полимерных и композитных материалов », - говорит Линдал. Примечательно, что термореактивный материал не требует обогреваемого стола или камеры. Также не требуется тепла, которое обычно требуется для плавления гранул термопласта.

«У нас сложилось взаимовыгодное сотрудничество с Polynt и MVP в области производства добавок к реактивным полимерам нового поколения», - сказал Билл Питер, директор по MDF. «При поддержке Управления перспективного производства Министерства энергетики США мы планируем продолжить фундаментальные исследования, чтобы улучшить эту технологию и лучше понять лежащую в основе науку, одновременно демонстрируя дальнейшие энергоэффективные процессы и приложения с нашими отраслевыми партнерами».

Чтобы узнать больше, посетите стенд MVP на стенде G2 и ORNL на стенде S25 на выставке CAMX 2019 (23-26 сентября, Анахайм, Калифорния) или свяжитесь с Ханной Джей из MVP, Риком Пауэром из Polynt или Дженнифер Берк из ORNL.