Merevolusi Manufaktur Aditif: Cetak Termoset ReforSerat Skala Besar
Magnum Venus Products (MVP), pabrikan terkemuka peralatan aplikasi komposit, mulai bekerja pada mesin Reactive Additive Manufacturing (RAM)-nya pada 2017. Tahun yang sama, Polynt, penyedia polimer termoset, gelcoat dan SMC, mulai bekerja dengan Oak Ridge National Laboratory (ORNL) untuk mengembangkan material 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 Luas untuk Material Termoset. Minggu ini, CW hadir di acara peluncuran di mana ketiga mitra ini demonstrasikan sistem manufaktur aditif komposit termoset skala besar pertama di dunia di Manufacturing Demonstration Facility (MDF) Dept. of Energy (DOE) di ORNL.
Mesin Reactive Additive Manufacturing (RAM) MVP dan bahan cetak Polynt Reactive Deposition PRD-1520 demonstrasi di Oak Ridge National Laboratory (ORNL). SOTS | CW
Reactive Additive Manufacturing (RAM)
Meskipun teknologi telah dikembangkan yang memungkinkan pencetakan 3D dengan termoset UV-cure, RAM dan media cetak Polynt Reactive Deposition PRD-1520 terdiri dari sistem skala besar pertama — current build envelope adalah 8 kaki oleh 16 kaki oleh 3.5 kaki — yang menggunakan resin reaktif yang menyembuh pada suhu ruang tanpa aktivasi UV. Teknologi ini bertujuat untuk fixture rendah biaya, alat termoforming dan cetakan autoclave, serta rentang aplikasi yang lebih luas. “RAM memberikan produk yang lebih kuat, lebih hemat energi dengan properti termal yang ditingkatkan,” jelaskan MVP CEP Bob Vanderhoff.
Sistem RAM mencakup platform cetak besar dan sistem pompa MVP terlantai lantai, dengan hanya printhead yang dipasang pada gantry terkomputerisasi. Sistem pompa dengan akurat mengukur dan mem-meter resin vinyl ester diperkaya serat kaca pendek dan initiator peroksida ke dalam static mixer di printhead. Resin yang dicampur kemudian diekstrusi melalui nozzle, mirip dengan sebagian besar sistem fused deposition modeling (FDM). “Menggunakan nozzle diameter 1.2 milimeter, kecepatan cetak sekitar 1.2 meter/detik,” kata John Lindahl, pemimpin teknis ORNL untuk polimer komposit termoset dalam manufaktur aditif (A.M.). “RAM dapat mencapai fitur skala FDM sambil masih menyediakan output tinggi hampir 7 kg/jam (15 lb/jam).”
SOTS | https://www.mvpind.com/3d-printer/
Platform build modular, dibuat dari delapan segmen. “Setiap ini dapat dengan mudah dilepas dan diindeks,” catat Vlastimil Kunc, pemimpin grup ilmu manufaktur ORNL. “Saya dapat memindahkan ini hanya dengan jari saya, jadi Anda dapat mencabut satu dan menggantinya dengan yang lain jika Anda ingin mem-post-cure atau memesinnya. Ini kemudian memodularisasi proses sehingga dapat diskalakan untuk produksi bagian volume tinggi. “Kami juga telah mengintegrasikan kemampuan robot pick-and-place 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 exotherm dan suhu selama build,” catat Lindahl. “Kami telah mengembangkan model termo-chemo-reologis 1D yang kami gunakan dengan dinding semi-infinite, yang merupakan fitur paling sulit untuk dibangun dengan material ini. Model memberi tahu kami, berdasarkan resin cetak dan reaksi, waktu lapis yang Anda butuhkan, seberapa cepat Anda dapat mencetak (output volumetrik) dan seberapa panas exothermnya. Semua ini memandu kami dalam mengoptimalkan parameter cetak RAM dan memahami sepenuhnya perilaku viskoelasik resin yang dicetak selama gel, cure dan pencetakan yang selesai.”
Printer RAM dilengkapi dengan kamera inframerah dan sensor optik yang memantau exotherm dan kepatuhan terhadap parameter yang dioptimalkan, sebagaimana ditentukan oleh model termo-chemo-reologis ORNL. SOTS | CW
Polynt Reactive Deposition (PRD-1520) untuk efisiensi
PRD-1520 adalah resin vinyl ester tidak tepu yang telah dipromosi dan dikompon sebelumnya yang dirancang dengan viskositas tinggi (2,5-3,0 juta cPs) untuk pompa dan pencetakan 3D. Ini dirancang untuk digunakan dalam printer MVP RAM, dengan penurunan rendah dan suhu defleksi panas (HDT) 94°C/201°F dan suhu transisi kaca 107°C/225°F. Ini dibandingkan dengan HDT 56°C, 88-98°C dan 110°C untuk PLA, ABS dan nylon, masing-masing, menurut supplier filamen pencetakan 3D. “Namun, kimia paten-pending PRD-1520 memungkinkan pengikatan kimia antara lapis yang dicetak, yang meningkatkan properti struktur yang dicetak 3D, termasuk kekuatan arah z 2 hingga 4 kali lebih besar dibandingkan termoplastik,” jelaskan direktur R&D Polynt Steve Voeks. Ia juga menyebut waktu terbuka resin yang lama (waktu gel 20-25 menit), “yang memungkinkan untuk mencetak struktur besar dengan mulai dan berhenti dan interval panjang di antara lapis.” Kemampuan ini untuk mencetak pada material yang sebelumnya telah ditetapkan namun masih lembut secara signifikan meningkatkan kebebasan jalur alat.
“Pengembangan jalur alat yang kami lakukan adalah unik untuk material termoset,” jelaskan Lindahl. “Kami dapat mencetak struktur yang sangat efisien dengan memulai dengan infill sempit dan kemudian menutupi dengan lapis nol-void. Kami memulai dengan lapis 0°/90° bergantian dan kemudian ke jalur cetak 0° dan 90° dalam satu lapis transisi yang kemudian ditutupi dengan lapis cetak padat. Ini memungkinkan Anda untuk mencetak permukaan besar sambil secara signifikan mengurangi material cetak serta bobot, waktu cetak dan biaya.” Kertas teknis yang menjelaskan teknologi ini akan disajikan oleh peneliti pasca sarjana ORNL Chris Hershey di CAMX 2019 pada Kamis, 26 September pukul 10:00 pagi. “Pendekatan Reaktif Skala Besar untuk Struktur Infill Sempit dengan Perimeter Padat” telah mendapat CAMX 2019 Kertas Teknis Yang Luar Biasa dan kertas terbaik di jalur konferensi Manufaktur Aditif.
“Menggunakan PRD-1520, RAM saat ini adalah printer 3D paling hemat energi untuk polimer dan material komposit,” kata Lindahl. Secara menonjol, material termoset tidak memerlukan meja atau ruang pemanas. Juga tidak dibutuhkan panas yang biasanya diperlukan untuk melelehkan pellet termoplastik.
“Kami telah menikmati kolaborasi yang menguntungkan bersama-sama dengan Polynt dan MVP melihat manufaktur aditif polimer reaktif generasi mendatang,” kata Bill Peter, direktur MDF. “Dengan dukungan Kantor Manufaktur Canggih DOE, kami berencana untuk melanjutkan penelitian dasar untuk meningkatkan teknologi ini dan lebih baik memahami ilmu di baliknya sambil mendemonstrasikan proses dan aplikasi yang lebih hemat energi dengan mitra industri kami.”
Untuk mengetahui lebih lanjut, kunjungi MVP di booth G2 dan ORNL di booth S25 di CAMX 2019 (23-26 September, Anaheim, CA) atau hubungi Hannah Jay di MVP, Rick Pauer di Polynt atau Jennifer Burke di ORNL.
