Революция в аддитивном производстве: крупномасштабная 3D-печать термореактивных термофиксов с волокнистой арматурой

Magnum Venus Products (MVP), ведущий производитель оборудования для применения композитов, начала работу над своей машиной реактивного аддитивного производства (RAM) в 2017 году. Того же года Polynt, поставщик термофиксов, гелькоутов и SMC, начал работу с Национальной лабораторией Oak Ridge (ORNL) для разработки реактивного материала для использования в системе RAM. К CAMX 2018 (15-18 октября, Даллас, TX) усилия команды были признаны премией ACE Infinite Possibility Award за крупногабаритный 3D-принтер для термофиксных материалов. На этой неделе CW посетила запуск, где эти три партнера продемонстрировали мировую первую крупномасштабную систему аддитивного производства термофиксных композитов на Демонстрационном производственном объекте (MDF) Министерства энергетики (DOE) в ORNL.

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

Реактивное аддитивное производство (RAM)

Хотя технологии были разработаны для 3D-печати с УФ-отверждающимися термофиксами, RAM и печатные материалы Polynt Reactive Deposition PRD-1520 составляют первую крупномасштабную систему — текущий строительный объем 8 на 16 на 3,5 фута — использующую реактивную смолу, отверждающуюся при комнатной температуре без УФ-активации. Эта технология нацелена на дешевые приспособления, термоформировочные инструменты и автоклавные формы, а также более широкий спектр применений. «RAM поставляет более прочные, более энергоэффективные продукты с улучшенными термическими свойствами», — объяснил CEO MVP Боб Вандерхофф.

Система RAM включает большую печатную платформу и напольную насосную систему MVP, с только печатающей головкой, смонтированной на компьютерно-управляемом портале. Насосная система точно измеряет и дозирует смолу винилэфирную, усиленную короткими стекловолокнами, и пероксидный инициитор в статический миксер в печатающей головке. Смешанная смола затем экструдируется через сопло, аналогично большинству систем FDM. «Используя сопло диаметром 1,2 мм, скорость печати составляет примерно 1,2 м/с», — сказал Джон Линдал, технический лидер ORNL по термофиксным полимерам/композитам в аддитивном производстве. «RAM может достигать признаков FDM-масштаба, сохраняя при этом высокий выход почти 7 кг/ч (15 фунтов/ч)».

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

Строительная платформа модульная, изготовлена из восьми сегментов. «Каждый из них легко извлекается и индексируется», — отмечает Властимил Кунц, руководитель группы производственных наук ORNL. «Я могу двигать их просто пальцами, так что можно вытащить один и заменить другим, если нужно провести послеотверждение или механическую обработку». Это модуляризирует процесс для масштабирования под серийное производство деталей. «Мы также интегрировали возможность пик-энд-плейс робота в RAM для встраивания датчиков, термопар, RFID-тегов и нагревательных элементов, например, по необходимости», — добавляет он.

«RAM также оснащена инфракрасными камерами и оптическими сенсорами для мониторинга экзотермики и температуры во время строительства», — отмечает Линдал. «Мы разработали 1D термо-хемо-реологическую модель, которую используем с полубесконечной стенкой, которая является самой сложной особенностью для строительства с этими материалами. Модель говорит нам, исходя из смолы печати и реакции, какое время слоя нужно, как быстро можно печатать (объемный выход) и как горячо будет экзотермия. Все это направляет нас в оптимизации параметров печати RAM и полном понимании вязкоупругих свойств печатаемой смолы во время геляции, отверждения и полностью завершенной печати».

RAM-принтер оснащен инфракрасными камерами и оптическими сенсорами, мониторящими экзотермию и соответствие оптимизированным параметрам, определенным термо-хемо-реологической моделью ORNL. ИСТОЧНИК | CW

Polynt Reactive Deposition (PRD-1520) для эффективности

PRD-1520 — это предпромоутированная, предкомпонуйная насыщенная винилэфирная смола, разработанная с высокой вязкостью (2,5-3,0 млн сПз) для качания и 3D-печати. Она была разработана для использования в принтере MVP RAM, обладает низким усадкой и температурой деформации под нагрузкой (HDT) 94°С/201°F и температурой стеклования 107°С/225°F. Это сравнивается с HDT 56°С, 88-98°С и 110°С для PLA, ABS и нейлона соответственно, согласно поставщикам филаментов для 3D-печати. «Однако патентная химия PRD-1520 обеспечивает химическое сцепление между печатаемыми слоями, что повышает свойства 3D-печатных структур, включая в 2-4 раза большую прочность в Z-направлении по сравнению с термопластиками», — объяснил директор R&D Polynt Стив Вокс. Он также отметил длительное открытое время смолы (время геляции 20-25 минут), «что делает возможным печать крупных структур с остановками и запусками и длинными интервалами между слоями». Эта способность печатать на ранее депонированные, но еще мягкие материалы значительно увеличивает свободу траектории инструмента.

«Разработка траектории инструмента, которую мы сделали, уникальна для термофиксных материалов», — объяснил Линдал. «Мы можем печатать очень эффективные структуры, начиная с разреженного заполнения и затем накрывая его нулевым-слоем. Мы начинаем с чередующихся слоев 0°/90°, а затем 0° и 90° траектории печати в одном переходном слое, который затем накрывается сплошным печатным слоем. Это позволяет печатать крупные поверхности при значительном снижении печатного материала, а также веса, времени печати и стоимости». Техническая статья, объясняющая эту технологию, будет представлена постдоком ORNL Крисом Херши на CAMX 2019 в четверг, 26 сентября в 10:00. «Large-Scale Reactive Extrusion Deposition of Sparse Infill Structures with Solid Perimeters» уже награждена CAMX 2019 Outstanding Technical Paper и лучшей статьей в треке аддитивного производства.

«Используя PRD-1520, RAM в настоящее время является наиболее энергоэффективным 3D-принтером для полимерных и композитных материалов», — говорит Линдал. Особенно, термофиксный материал не требует нагревательного стола или камеры. Также не требуется тепло, обычно необходимое для плавления термопластиковых гранул.

«Мы наслаждались взаимовыгодным сотрудничеством с Polynt и MVP, рассматривая реактивное полимерное аддитивное производство следующего поколения», — сказал Билл Питер, директор MDF. «С поддержкой офиса передовых производств DOE мы планируем продолжить фундаментальные исследования для улучшения этой технологии и лучшего понимания базовой науки, демонстрируя дальнейшие энергоэффективные процессы и применения с нашими промышленными партнерами».

Чтобы узнать больше, посетите MVP в стенде G2 и ORNL в стенде S25 на CAMX 2019 (23-26 сентября, Анейм, CA) или свяжитесь с Ханной Джей в MVP, Риком Пауэром в Polynt или Дженнифер Берк в ORNL.