Коммерциализация УФ-отверждаемых термореактивных материалов для трехмерной печати на непрерывном волокне

В технологии CF3D используются термореактивные материалы мгновенного отверждения для снижения высокой стоимости, длительного срока изготовления и конструктивных ограничений. Фото:непрерывные композиты

В сентябре 2020 года компания Continuous Composites, специализирующаяся на 3D-печати с непрерывным волокном (Coeur d'Alene, Айдахо, США), объявила о стратегическом партнерстве с компанией по производству специальных материалов Arkema (Коломб, Франция) в рамках своего бизнес-направления Sartomer, чтобы объединить запатентованную Continuous Composites технологию Continuous Fiber 3D. (CF3D) технология печати с фотоотверждаемыми смолами Arkema N3xtDimension. Ожидается, что это объединение приведет к разработке, сертификации и коммерциализации библиотеки передовых материалов, отвечающих потребностям самых разных приложений и отраслей.

Это официальное партнерство выросло из отношений, которые впервые начались в 2015 году, когда доктор Сумит Джайн, старший директор по 3D-печати в Arkema Worldwide, узнал о непрерывных композитах и ​​увидел возможности в процессе печати, который разрабатывала компания. По словам Тайлера Альварадо, генерального директора Continuous Composites, партнерство было естественным:«Он [Джайн] увидел возможность продвигать фотоотверждаемые термореактивные смолы, и мы увидели, что он имеет многолетний опыт работы с полимерами, которые мы использовали».

К 2019 году компании подписали соглашение о совместной разработке, а в начале 2020 года Arkema приобрела долю в капитале Continuous Composites, о стратегическом партнерстве объявив в сентябре. «Мы очень рады партнерству и результатам, которых смогли достичь обе команды. Это одна из тех вещей, где один плюс один равняется трем, что позволяет эффективно использовать их опыт не только в области композитов, но и в фотоотверждаемых термореактивных пластиках », - говорит Альварадо.

Соединение фотоотверждаемых смол с помощью 3D-печати из непрерывных волокон

Сегодня сегмент передовых материалов Arkema имеет филиалы, охватывающие множество материалов, включая термореактивные пластмассы и термопласты, а в композитах - множество процессов и приложений, включая 3D-печать, а также более традиционные производственные процессы. По словам Джеффри Кланга, директора Sartomer по исследованиям и разработкам в области глобального 3D-моделирования, бизнес-направление Sartomer фокусируется на специальных акрилатах и ​​метакрилатах для ряда рынков и на протяжении десятилетий поставляет УФ-отверждаемые материалы в виде покрытий, клеев и нитей для 3D-печати. типография.

В дополнение к своей системе печати CF3D, которая представляет собой внеавтоклавную (OOA), масштабируемую технологию 3D-печати, основанную на использовании смол мгновенного отверждения и непрерывных волокон (более подробное описание читайте здесь:«3D-печать композитов с непрерывным волокном ”), Для непрерывных композитов требовался каталог смол, которые отвечали высоким требованиям к механическим характеристикам клиентов в самых разных отраслях, от авиакосмической и энергетической до оборонной. «Наша бизнес-модель заключается в предоставлении машин, соответствующего программного обеспечения и полимеров, чтобы позволить этим клиентам производить любые компоненты, которые они будут использовать в своей конкретной отрасли», - говорит Альварадо.

Это необходимо для высоких механических свойств, таких как температура стеклования (T _g ) и пожар, дым и токсичность (FST) привели к тому, что акцент был сделан на термореактивных смолах, хотя Альварадо отмечает, что технология CF3D также может использовать термопласты. «Наша основная компетенция заключается в том, что мы берем сухое, непрерывное волокно, а затем пропитываем его мгновенно отверждаемой смолой, в данном случае УФ-отверждаемой», - говорит он. «Мы действительно сосредоточены на этом подходе к термореактивному отверждению мгновенного отверждения, который позволяет композитной структуре принимать форму прямо здесь в произвольной форме, позволяя нам использовать анизотропные свойства непрерывного волокна и создавать эти сложные органические геометрические формы, которые являются чрезвычайно легкими и очень легкими. сильный. Мы можем производить высококачественный композитный ламинат с очень высоким содержанием волокон и низкой пористостью ».

Автор фотографии:Arkema

Жидкие смолы Sartomer N3xtDimension, входящие в состав недавно запущенных Arkema решений для 3D-печати на платформе Arkema, в сочетании со структурными волокнами, от углеродного и стекловолокна до Dyneema и арамидов, оказались идеальным выбором, и в настоящее время компании работают над созданием библиотеки УФ-излучения. -отверждаемые смолы, отвечающие ряду требований к механическим свойствам.

Помимо механических свойств смол, устранение необходимости термического отверждения на готовых деталях обеспечивает две из самых инновационных функций CF3D:высокую скорость печати и возможность печати без поддержки на открытом воздухе. «Обычно, когда вы укладываете композит, вам нужны инструменты / формы для поддержки укладки, - говорит Альварадо, - но поскольку мы используем термореактивные пластмассы мгновенного отверждения, армированные структурной нитью, мы способны затвердеть этот материал, и он может принимать свою форму без этого поддерживающего материала ». Это исключает затраты и время, необходимое для приобретения пресс-форм и инструментов, а также устраняет конструктивные ограничения, связанные с необходимостью проектирования с использованием инструментов. «Теперь вы можете направлять эти волокна во многих направлениях… Возможность печати без опоры позволяет действительно уникальной геометрии выступа перекрывать большие зазоры», - говорит он.

Кроме того, CF3D «очень стабильная машина ... и печатает значительно быстрее, чем традиционные машины для термопластов», - говорит Альварадо. Эти скорости стали возможными благодаря устранению таких проблем, как управление температурными градиентами внутри ламината и коробление (из-за использования термореактивных материалов поверх термопластов), а также благодаря тому, что система не ограничена процессом нагрева (из-за использования УФ-излучения). световая полимеризация).

Он добавляет, что скорость печати зависит от двух переменных:отверждения материала и точности печати. «Проблема не в смолах; они лечат вовремя. Узким местом является машина », - говорит он, отмечая, что роботы как движущаяся платформа изначально были разработаны для повторяющихся перемещений от точки А к точке Б, но не обязательно для точности, присущей 3D-печати. «Наша команда фактически разработала нашу собственную интеграцию контроллера ЧПУ в качестве основного элемента управления движущейся платформой для нашей системы 3D-печати, чтобы мы могли точно и многократно перемещаться по точкам, что позволяет нам значительно увеличить скорость печати. прямо сейчас, - говорит он. Используя контроллер ЧПУ, в течение следующего года Continuous Composites планирует увеличить скорость печати системы до трех раз.

Однако, как и в случае с любыми инновациями, по словам Кланга из Sartomer, возникли проблемы, связанные с переносом технологии УФ-отверждаемых смол Sartomer в более производительные и структурные области. Например, одной из основных задач было повышение термостойкости. «Наша температура близка к 230 ° C, - отмечает он, - что действительно помогает нам в некоторых очень интересных новых типах приложений».

Джайн из Arkema добавляет:«Благодаря этому партнерству мы работаем снизу вверх, чтобы изменить способ производства композитов. Это нетривиально. Мы работаем вместе уже четыре года и только начинаем ».