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聚氨酯3D打印的时代: 色度3D材料

神仙太保
2020-12-25 11:10:19

热固性塑料在哪里?

 

仔细观察可用于3D打印的材料之后,可以注意到3D打印缺失的最大部分是热固性塑料,这一类别包括聚氨酯以及有机硅和环氧树脂。

 

这是由于热固性材料的固有特性,这些特性同时非常有用,而且3D打印也非常困难。但是困难并不意味着不可能。与任何制造部门一样,它也需要研究。对于任何热固性应用或工艺而言,3D打印聚氨酯的最大挑战在于,化学决定了其处理方式,而不是处理系统的力学原理。

 

在热塑性长丝打印机中,您必须调整打印头和床的温度。在热固性塑料中,您必须调整化学性质。

 

在热塑性长丝打印机中,您必须调整打印头和床的温度。在热固性塑料中,您必须调整化学性质。“在热塑性长丝打印机中,您必须调整打印头和床的温度,” Leibig博士解释说。“在热固性塑料中,您必须调整化学性质。而且有点复杂。

 

在Chromatic 3D Materials中,我们修改了各个方面,例如挤出材料的反应类型密度或它们如何混合在一起。”

 

FlexTune™系列聚氨酯橡胶弹性体的邵氏A范围是40-90。这些材料已经在要求耐用性的非3D打印应用中使用了数十年。它们可以一遍又一遍地弯曲,拉伸,扭曲,挤压。其使用示例包括鞋的鞋跟和外底,轮滑刀片轮和液压密封垫中的垫片。

 

Chromatic 3D Materials团队找到了一种使用这些高性能聚氨酯弹性体进行3D打印的方法,而又不会牺牲其强度和耐用性。

 

化学与机械

 

由Chromatic实施的特定3D打印过程可以描述为喷墨和挤出之间的交叉。在打印过程中,两种液体成分在打印头中混合。混合动作触发化学反应。当液体离开打印头并沉积在打印表面上时,材料是部分聚合的凝胶。它在几分钟内固化成稳定的粘性材料。整个过程在室温下进行。

 

换句话说,在热塑性挤出中,材料会熔化并重整,而实际上在挤出过程中会“产生”热固性材料。这样会在整个零件中产生牢固的化学键,并具有更各向同性的特性。“从本质上讲,这意味着您所制造的部分是单个分子,” Leibig解释道。她继续说:“另一个优势是我们设计的方式:从笔尖出来的材料的粘度比单丝低约一万倍,这意味着您可以更快地打印。”

 

本质上,您打印的部分是单个分子

 

化学挑战比机械挑战更多,但这并不意味着它是不可克服的。而且优点是您可以使用人们50多年来一直用于热固性化学的所有工具,并将其应用于3D打印。Leibig认为,没有取得更多进展的主要原因是,今天只有少数人在研究热固性3D打印。

 

这些公司之一是Carbon,其基于立体光刻技术的数字光合成使用热固性材料和光敏聚合物的混合物来触发光固化过程。Cora解释说,Chromatics的基于挤压的工艺可提供更多的多功能性。“我们只是使用混合来触发反应。她说:“这使我们可以采用非常灵活的方式,还可以加入添加剂,例如着色剂。”

 

彩色挤出系统可以安装在任何挤出3D打印机上,并用热固性换热头更换热敏打印头。在内部,Chromatic的团队使用标准的大幅面Juggerbot 3D打印机。

Chromatic提供了资料以及必要的软件(稍后将对此进行详细介绍)。对于许多硬件制造商而言,Chromatic 3D材料系统可以代表一个极大地扩展其市场范围的独特机会。

 

3D打印

 

寻找痛点部位

 

利用这种多功能性,Chromatic专注于工业设备的密封件和垫片等应用,这些应用是供应链成本极高的零件。由于物流相关的成本,仅需要几美分材料的零件最终可能要花费数十美元。

 

“当我们查看密封件和垫圈的供应链时,有很多专门的设备,全年可能只需要不到五百个零件。那是给定形状的。对于注塑成型,这只是荒谬的经济学,” Leibig博士解释说。“因此,与这类备件相关的物流成本高达零件成本的90%,主要与仓储和分销有关。每年要加工数百万个零件的注塑成型商不希望中断生产以建立500个零件的生产。”

 

Leibig和她的团队做出的合乎逻辑的推论是,如果材料足够好,那么这些零件将是3D打印的理想选择。“她透露说,这确实是我们业务的重点,无论是公共汽车,火车,拖拉机,老爷车还是工厂的机械,小型车队都能取得很多成功。”

 

由于FlexTune™材料在构建过程中会固化,并且不需要加热即可避免变形,因此零件高度可以达到20厘米以上。主要限制是缺陷会在构建过程中传播,因此Chromatic开发了一种AI技术来补偿出现的任何缺陷,这意味着大约50%的研发时间专用于软件开发。

 

在速度方面,FlexTune™材料的印刷速度比热塑性挤压工艺快约五倍。Leibig解释说:“我们确实看到了通过设备升级将速度提高甚至快五倍的机会。” “另一个主要特点是我们的零件是100%固体的,这为我们必须密封以保持压力的零件提供了许多优势。”

 

Chromatic的客户似乎欣赏的另一个主要功能是,该技术可用于在其他零件上进行打印。这意味着最终要使用例如五轴机器人在金属零件上进行打印。“对于需要集成缓冲或密封的金属零件,我们看到了很多机会,” Leibig说。

 

热固性3D打印服务

 

如今,彩色3D材料是作为专业服务提供商和咨询公司运作的。“我们的许多客户不想参与印刷过程– Leibig解释说。“我们的业务模式涉及针对维护非常大的备件库的OEM。他们正在尝试维护包含500个或更多不同弹性部件的物理库。”

 

例如,德国铁路公司Deutsche Bahn。对于具有长达50年运行历史的火车,许多备件不再可用。“我们与他们合作,查看他们的资料库,并确定可以使用我们的技术进行3D打印的零件。然后我们通过了一个程序来验证零件。我们快速修改材料化学成分的能力使我们能够轻松满足任何特定的零件要求。

 

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