Mengkomersialkan termoset yang dapat disembuhkan dengan UV untuk pencetakan 3D serat berkelanjutan
Teknologi CF3D menggunakan bahan termoset pengawetan cepat untuk mengurangi biaya tinggi, waktu tunggu yang lama, dan kendala desain. Kredit Foto:Komposit Berkelanjutan
Pada bulan September 2020, spesialis pencetakan serat 3D berkelanjutan Continuous Composites (Coeur d'Alene, Idaho, AS) mengumumkan kemitraan strategis dengan perusahaan material khusus Arkema (Colombes, Prancis) melalui lini bisnis Sartomer, untuk menggabungkan Continuous Fiber 3D yang dipatenkan oleh Continuous Composites. (CF3D) teknologi pencetakan dengan solusi resin N3xtDimension dari Arkema yang dapat difoto. Kombinasi ini diharapkan menghasilkan pengembangan, sertifikasi, dan komersialisasi perpustakaan solusi material canggih untuk memenuhi kebutuhan berbagai aplikasi dan industri.
Kemitraan formal ini telah tumbuh dari hubungan yang pertama kali dimulai pada tahun 2015, ketika Dr. Sumeet Jain, direktur senior pencetakan 3D di Arkema Worldwide, menyadari Komposit Berkelanjutan dan melihat peluang dalam proses pencetakan yang dikembangkan perusahaan. Menurut Tyler Alvarado, CEO Continuous Composites, kemitraan itu wajar:“Dia [Jain] melihat peluang untuk memajukan resin termoset yang dapat difoto, dan kami melihat bahwa dia memiliki pengalaman puluhan tahun dengan polimer yang kami gunakan.”
Pada tahun 2019, perusahaan memiliki perjanjian pengembangan bersama, dan pada awal tahun 2020, Arkema mengambil posisi ekuitas dengan Continuous Composites, dengan kemitraan strategis yang diumumkan pada bulan September. “Kami sangat senang dengan kemitraan dan hasil yang telah dicapai kedua tim. Ini adalah salah satu hal di mana satu tambah satu sama dengan tiga, benar-benar memanfaatkan pengalaman mereka tidak hanya di ruang komposit tetapi juga dalam termoset yang dapat difoto,” kata Alvarado.
Menjembatani resin yang dapat difoto dengan pencetakan 3D serat berkelanjutan
Saat ini, segmen Material Lanjutan Arkema memiliki cabang yang mencakup banyak material, termasuk termoset dan termoplastik, dan, dalam komposit, banyak proses dan aplikasi, termasuk pencetakan 3D serta proses manufaktur yang lebih tradisional. Lini bisnis Sartomer berfokus pada akrilat dan metakrilat khusus untuk berbagai pasar, dan telah menyediakan bahan yang dapat disembuhkan dengan UV dalam bentuk pelapis, perekat, dan filamen pencetakan 3D selama beberapa dekade, menurut Jeffrey Klang, direktur R&D Sartomer untuk 3D global tim percetakan.
Untuk melengkapi sistem pencetakan CF3D-nya, yang merupakan teknologi pencetakan 3D out-of-autoclave (OOA), terukur berdasarkan penggunaan resin snap-cure dan serat kontinu (baca deskripsi lebih rinci di sini:“Komposit pencetakan 3D dengan serat kontinu ”), Komposit Berkelanjutan memerlukan katalog resin yang memenuhi persyaratan mekanis berkinerja tinggi dari pelanggan di industri mulai dari kedirgantaraan hingga energi hingga pertahanan. “Model bisnis kami adalah menyediakan mesin, dan perangkat lunak serta resin yang sesuai, untuk memungkinkan pelanggan ini memproduksi komponen apa pun yang mereka cari dalam aplikasi industri spesifik mereka,” kata Alvarado.
Kebutuhan akan sifat mekanik yang tinggi seperti suhu transisi gelas (Tg ) dan api, asap dan toksisitas (FST) menyebabkan fokus pada resin termoset, meskipun Alvarado mencatat bahwa teknologi CF3D dapat menggunakan termoplastik juga. “Kompetensi inti kami adalah bahwa kami mengambil serat yang kering dan berkelanjutan, dan kemudian kami menghamilinya dengan resin pengawet cepat — dalam hal ini, resin yang dapat disembuhkan dengan UV,” katanya. “Kami benar-benar fokus pada pendekatan termoset pengawetan cepat yang memungkinkan struktur komposit terbentuk di sana dalam bentuk bebas, memungkinkan kami untuk memanfaatkan sifat anisotropik dari serat kontinu, dan menciptakan geometri organik kompleks yang sangat ringan dan sangat kuat. Kami dapat memproduksi laminasi komposit berkualitas sangat tinggi dengan kandungan serat yang sangat tinggi dan porositas yang rendah.”
Kredit Foto:Arkema
Cairan resin N3xtDimension Sartomer, bagian dari solusi Pencetakan 3D Arkema yang baru diluncurkan oleh platform Arkema, dalam kombinasi dengan serat struktural mulai dari serat karbon dan kaca hingga Dyneema dan aramid, terbukti cocok, dan perusahaan sekarang bekerja untuk mengembangkan perpustakaan UV -resin yang dapat disembuhkan memenuhi berbagai persyaratan sifat mekanik.
Selain sifat mekanik resin, menghilangkan kebutuhan akan heat curing pada bagian akhir memungkinkan dua fitur paling inovatif CF3D:kecepatan cetak yang cepat, dan kemampuan mencetak yang tidak didukung di udara terbuka. “Biasanya, saat Anda memasang komposit, Anda harus memiliki perkakas/cetakan untuk mendukung layup,” kata Alvarado, “tetapi karena kami menggunakan termoset pengawetan cepat yang diperkuat oleh filamen struktural, kami 'mampu mengeraskan bahan itu dan dapat mengambil bentuknya tanpa bahan pendukung itu.” Ini menghilangkan biaya dan waktu tunggu yang terlibat dalam memperoleh cetakan dan perkakas, dan menghilangkan batasan desain karena harus merancang di sekitar perkakas. “Sekarang Anda dapat mengarahkan serat ini ke berbagai arah … Memiliki kemampuan untuk mencetak tanpa dukungan memungkinkan geometri overhang yang benar-benar unik untuk menjangkau celah besar,” katanya.
Lebih lanjut, CF3D "adalah mesin yang sangat stabil ... dan mencetak secara signifikan lebih cepat daripada mesin termoplastik tradisional," kata Alvarado. Kecepatan ini dimungkinkan oleh penghapusan masalah seperti mengelola gradien suhu dalam laminasi dan lengkungan (karena penggunaan termoset di atas termoplastik), dan bahwa sistem tidak dibatasi oleh proses pemanasan (karena penggunaan UV obat ringan).
Ada dua variabel untuk kecepatan cetak, tambahnya:bahan menyembuhkan dan akurasi cetak. “Masalahnya bukan resinnya; mereka sembuh tepat waktu. Mesin adalah penghambatnya, ”katanya, mencatat bahwa robot sebagai platform gerak pada awalnya dirancang untuk gerakan pick-and-place titik A ke titik B yang berulang tetapi tidak harus untuk akurasi yang terlibat dalam pencetakan 3D. “Tim kami sebenarnya telah mengembangkan integrasi kami sendiri dari pengontrol CNC sebagai kontrol platform gerak yang mendasari untuk sistem pencetakan 3D kami, sehingga kami dapat bergerak melalui titik secara akurat dan berulang kali, yang memungkinkan kami untuk secara drastis meningkatkan kecepatan pencetakan. saat ini,” katanya. Dengan menggunakan pengontrol CNC, selama tahun depan, Continuous Composites berencana untuk meningkatkan kecepatan cetak sistem hingga tiga kali lipat.
Namun, seperti halnya inovasi apa pun, ada tantangan yang terkait dengan mentransfer teknologi resin yang dapat disembuhkan dari UV Sartomer ke aplikasi struktural dan kinerja yang lebih tinggi, menurut Klang Sartomer. Misalnya, satu area fokus telah meningkatkan ketahanan suhu. “Kami mendekati 230 °C,” catatnya, “yang benar-benar membawa kami ke beberapa jenis aplikasi baru yang sangat menarik.”
Jain dari Arkema menambahkan:“Dengan kemitraan ini, kami bekerja dari bawah ke atas, untuk mengubah cara pembuatan komposit. Ini tidak sepele. Kami telah bekerja sama selama empat tahun, dan kami baru saja memulai.”
