Manufaktur aditif ditata ulang:pencetakan termoset yang diperkuat serat skala besar

Magnum Venus Products (MVP), produsen terkemuka peralatan aplikasi komposit, mulai mengerjakan mesin Reactive Additive Manufacturing (RAM) pada tahun 2017. Pada tahun yang sama, Polynt, pemasok polimer termoset, gelcoat, dan SMC, mulai bekerja dengan Oak Ridge National Laboratory (ORNL) mengembangkan bahan reaktif untuk digunakan dalam sistem RAM. Pada CAMX 2018 (15-18 Oktober, Dallas, TX), upaya tim diakui dengan ACE Infinite Possibility Award untuk Printer 3D Area Besar untuk Bahan Termoset. Minggu ini, CW menghadiri acara peluncuran di mana ketiga mitra ini mendemonstrasikan sistem manufaktur aditif komposit termoset skala besar pertama di dunia di Dept. of Energy (DOE) Manufacturing Demonstration Facility (MDF) di ORNL.

Mesin Reactive Additive Manufacturing (RAM) MVP dan bahan cetak Polynt Reactive Deposition PRD-1520 didemonstrasikan di Oak Ridge National Laboratory (ORNL). SUMBER | CW

Manufaktur Aditif Reaktif (RAM)

Meskipun teknologi telah dikembangkan untuk memungkinkan pencetakan 3D dengan termoset UV-cure, media cetak RAM dan Polynt Reactive Deposition PRD-1520 terdiri dari sistem skala besar pertama — amplop build saat ini berukuran 8 kaki kali 16 kaki kali 3,5 kaki — untuk menggunakan resin reaktif yang menyembuhkan pada suhu kamar tanpa aktivasi UV. Teknologi ini ditujukan untuk perlengkapan berbiaya rendah, alat thermoforming dan cetakan autoklaf, serta berbagai aplikasi yang lebih luas. “RAM menghadirkan produk yang lebih kuat dan lebih hemat energi dengan sifat termal yang ditingkatkan,” jelas MVP CEP Bob Vanderhoff.

Sistem RAM mencakup platform cetak besar dan sistem pemompaan MVP yang dipasang di lantai, dengan hanya kepala cetak yang dipasang ke gantry yang dikendalikan komputer. Sistem pemompaan secara akurat mengukur dan mengukur resin vinil ester yang diperkuat serat kaca dan inisiator peroksida ke dalam mixer statis di kepala cetak. Campuran resin kemudian diekstrusi melalui nozzle, mirip dengan kebanyakan sistem fused deposition modeling (FDM). “Menggunakan nosel berdiameter 1,2 milimeter, kecepatan cetak kira-kira 1,2 meter/detik,” kata John Lindahl, pimpinan teknis ORNL untuk polimer termoset/komposit dalam manufaktur aditif (A.M.). “RAM dapat mencapai fitur skala FDM sambil tetap menghasilkan output tinggi hampir 7 kg/jam (15 lb/jam).”

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

Platform build bersifat modular, terbuat dari delapan segmen. “Masing-masing dengan mudah dihapus dan diindeks ,” catat Vlastimil Kunc, pemimpin kelompok sains manufaktur ORNL. "Saya dapat memindahkan ini hanya dengan jari saya, sehingga Anda dapat menarik satu dan menggantinya dengan yang lain jika Anda ingin pasca-penyembuhan atau mesin itu." Ini kemudian memodulasi proses sehingga dapat diskalakan untuk produksi suku cadang bervolume tinggi. “Kami juga memiliki robot pick-and-place yang terintegrasi kemampuan ke dalam RAM untuk menyematkan sensor, termokopel, tag RFID, dan elemen pemanas, misalnya, sesuai kebutuhan,” tambahnya.

“RAM juga dilengkapi dengan kamera inframerah dan sensor optik untuk memantau eksoterm dan suhu selama pembuatan,” catat Lindahl. “Kami telah mengembangkan model termo-kemo-reologi 1D yang kami gunakan dengan dinding semi-tak terbatas, yang merupakan fitur terberat untuk dibuat dengan bahan-bahan ini. Model memberi tahu kami, berdasarkan resin cetak dan reaksi, berapa lama waktu lapisan yang Anda butuhkan, seberapa cepat Anda dapat mencetak (output volumetrik) dan seberapa panas akan eksoterm. Semua ini memandu kami dalam mengoptimalkan parameter cetak RAM dan sepenuhnya memahami perilaku viskoelastik dari resin yang dicetak selama gel, curing, dan pencetakan yang sepenuhnya selesai.”

Printer RAM dilengkapi dengan kamera inframerah dan sensor optik yang memantau eksoterm dan kesesuaian dengan parameter yang dioptimalkan, seperti yang didefinisikan oleh model termo-kemo-reologi ORNL. SUMBER | CW

Deposisi Polint Reaktif (PRD-1520) untuk efisiensi

PRD-1520 adalah pra-promosi, pra-senyawa resin vinil ester tak jenuh yang dirancang dengan viskositas tinggi (2,5-3,0 juta cPs) untuk pemompaan dan pencetakan 3D. Ini dirancang untuk digunakan dalam printer RAM MVP, yang menampilkan penyusutan rendah dan suhu defleksi panas (HDT) 94°C/201°F dan suhu transisi kaca 107°C/225°F. Ini dibandingkan dengan HDT masing-masing 56°C, 88-98°C dan 110°C untuk PLA, ABS, dan nilon, menurut pemasok filamen pencetakan 3D. “Namun, bahan kimia yang menunggu paten PRD-1520 memungkinkan ikatan kimia antara lapisan yang dicetak , yang meningkatkan sifat struktur cetak 3D, termasuk kekuatan arah-z 2 hingga 4 kali lebih besar dibandingkan termoplastik,” jelas direktur R&D Polynt Steve Voeks. Dia juga mencatat waktu buka resin yang lama (waktu gel 20-25 menit), "yang memungkinkan untuk mencetak struktur besar dengan mulai dan berhenti dan interval panjang di antara lapisan." Kemampuan untuk mencetak pada material yang telah disimpan sebelumnya namun masih lunak secara signifikan meningkatkan kebebasan jalur pahat.

“Pengembangan jalur alat yang kami lakukan unik untuk bahan termoset,” jelas Lindahl. “Kami dapat mencetak struktur yang sangat efisien dengan memulai dengan sparse infill dan kemudian melapisinya dengan lapisan zero-void . Kami mulai dengan lapisan 0°/90 ° bergantian dan kemudian ke jalur cetak 0° dan 90° dalam satu lapisan transisi yang kemudian ditutup dengan lapisan cetak padat. Ini memungkinkan Anda untuk mencetak permukaan yang besar sekaligus mengurangi bahan cetak secara signifikan serta berat, waktu dan biaya cetak.” Makalah teknis yang menjelaskan teknologi ini akan dipresentasikan oleh peneliti pasca-doktoral ORNL Chris Hershey di CAMX 2019 pada hari Kamis, 26 September pukul 10:00 pagi. “Deposisi Ekstrusi Reaktif Skala Besar dari Struktur Isi Jarang dengan Perimeter Padat” telah dianugerahi Makalah Teknis Luar Biasa CAMX 2019 dan makalah terbaik di jalur konferensi Manufaktur Aditif.

“Menggunakan PRD-1520, RAM saat ini paling hemat energi Printer 3D untuk bahan polimer dan komposit,” kata Lindahl. Khususnya, bahan termoset tidak memerlukan meja atau ruang yang dipanaskan. Juga tidak diperlukan panas yang biasanya dibutuhkan untuk melelehkan pelet termoplastik.

“Kami telah menikmati kolaborasi yang saling menguntungkan dengan Polynt dan MVP untuk melihat pembuatan aditif polimer reaktif generasi berikutnya,” kata Bill Peter, Direktur MDF. “Dengan dukungan Kantor Manufaktur Lanjutan DOE, kami berencana untuk melanjutkan penelitian mendasar untuk meningkatkan teknologi ini dan lebih memahami sains yang mendasarinya sambil mendemonstrasikan proses dan aplikasi hemat energi lebih lanjut dengan mitra industri kami.”

Untuk mempelajari lebih lanjut, kunjungi MVP di booth G2 dan ORNL di booth S25 di CAMX 2019 (23-26 Sep, Anaheim, CA) atau hubungi Hannah Jay di MVP, Rick Pauer di Polynt atau Jennifer Burke di ORNL.