محققان آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی هوایی، دانشگاه کرنل و بازوی تحقیقات و فناوری سازنده هوافضا بوئینگ با موفقیت فرآیند تبلور پلی (اتر اتر کتون) (PEEK) را در طول پرینت سه بعدی ترسیم کردند.
پلیمرهای با کارایی بالا، مانند PEEK، به طور فزاینده ای برای تولید قطعات پرینت سه بعدی استفاده می شوند که به خواص مکانیکی نیاز دارند، مانند مقاومت در برابر دمای بالا و کاهش وزن.
به گفته محققان، درک بیشتر از چگونگی توسعه ساختارهای داخلی این مواد در طول پرینت سه بعدی برای دستیابی به کنترل بیشتر بر روی خواص قطعات چاپ شده سه بعدی ضروری است.
در این مطالعه، تیم از یک فرآیند تصویربرداری تخصصی اشعه ایکس برای ثبت چگونگی سخت شدن PEEK به ساختار کریستالی لایه‌ای هنگام پرینت سه بعدی استفاده کرد – فرآیندی که به عنوان کریستالیزاسیون نیز شناخته می‌شود.
محققان با دستیابی به “سطح بی سابقه ای” از جزئیات، اولین نقشه دو بعدی کامل از تبلور یک لایه منفرد را در طی چاپ سه بعدی ساخت رشته های ذوب شده (FFF) ارائه کرده اند.
این یافته ها که در مجله Macromolecules منتشر شده است، می تواند به طراحان و مهندسان درک بیشتری از نحوه تأثیر پارامترهای چاپ سه بعدی بر خواص مکانیکی قطعات چاپ شده سه بعدی ارائه دهد. این پارامترها شامل نرخ رسوب مواد، سرعت سر چاپ سه بعدی، دمای هد چاپ سه بعدی، دمای بستر چاپ سه بعدی و قطر نازل می باشد.
نقشه برداری از کریستالیزاسیون PEEK چاپ شده سه بعدی
محققان استدلال می کنند که درک ارتباط بین پارامترهای چاپ سه بعدی و خواص قطعات نهایی محدود است. گفته می شود که این امر به ویژه برای تولید افزودنی مبتنی بر اکستروژن پلیمرهایی مانند PEEK که دارای نرخ تبلور سریع است، صادق است.
در طول این مطالعه، تیم از پراکندگی پرتو ایکس با زاویه باز میکروپرتوترون (WAXS) برای ثبت تشکیل کریستال مواد در طول فرآیند چاپ سه بعدی FFF استفاده کرد.
هنگامی که اشعه ایکس به سمت مواد هدایت می شود، با الکترون ها تماس پیدا می کند و در جهات مختلف پراکنده می شود. در WAXS، زوایای و شدتی که در آن این پراکندگی رخ می‌دهد رسم و تجزیه و تحلیل می‌شود تا اطلاعات کلیدی در مورد ساختار کریستالی داخلی ماده مشخص شود.
با استفاده از این تکنیک، محققان با موفقیت یک نقشه دقیق از نحوه کریستال شدن PEEK در چند ثانیه اول پس از اکستروژن از نازل چاپگر سه بعدی تهیه کردند. در طول آزمایش، چندین پرینت سه بعدی انجام شد و با دمای مختلف بستر چاپی 145 درجه سانتیگراد، 175 درجه سانتیگراد و 205 درجه سانتیگراد اندازه‌گیری شد. نازل چاپ سه بعدی در دمای ثابت 400 درجه سانتیگراد نگهداری می شد.
داده‌های جمع‌آوری‌شده در طول این آزمایش در یک نقشه دو بعدی دقیق جمع‌آوری شد که نشان می‌دهد چگونه و کجا مواد در طول زمان متبلور شده‌اند.
یافته‌ها نشان می‌دهد که تبلور PEEK ابتدا روی لایه‌هایی اتفاق می‌افتد که نزدیک‌ترین به بستر چاپ سه‌بعدی هستند. این فرآیند سپس به تدریج به صورت عمودی به سمت بالای مواد اکسترود شده حرکت می کند تا زمانی که کاملاً سخت شود.
داده ها همچنین ارتباط واضحی بین افزایش دمای بستر پرینت سه بعدی و شروع کریستالیزاسیون را برجسته کردند. در واقع، هنگامی که پرینت سه بعدی در دمای بستر پرینت سه بعدی بالاتر انجام می شود، شروع فرآیند سخت شدن مواد بیشتر طول می کشد.
علاوه بر این، محققان دریافتند که موادی که به صورت سه بعدی در دمای بستر چاپ بالاتر چاپ می‌شوند، دارای درجه نهایی تبلور بالاتری هستند که به افزایش سختی و چگالی منجر می‌شود.
در نهایت، محققان ادعا می‌کنند که این یافته‌ها می‌تواند به کسانی که از PEEK استفاده می‌کنند اجازه دهد تا پارامترهای چاپ سه‌بعدی را برای تعیین دقیق عملکرد مکانیکی قطعات چاپ‌شده سه‌بعدی کنترل کنند.
کنترل خواص مواد در پرینت سه بعدی
این اولین باری نیست که محققان به دنبال دستیابی به کنترل بیشتر بر روی خواص قطعات در چاپ سه بعدی هستند
در سال 2020، تیمی از دانشگاه نانت مطالعه‌ای را منتشر کرد که انتقال حرارت و چسبندگی بین لایه‌ها را در چاپ سه بعدی FFF بررسی می‌کرد.
از طریق این پروژه، محققان به دنبال درک، مدل‌سازی و کمیت تبادل حرارت در فرآیند چاپ سه بعدی بودند. امید می رفت که این به تعیین پارامترهای بهینه چاپ سه بعدی مورد نیاز برای به حداکثر رساندن خواص مکانیکی قطعات چاپ شده سه بعدی کمک کند.
در طول مطالعه خود، محققان نانت از یک چاپگر سه بعدی Creality CR-10 با ABS و PEKK تقویت شده با فیبر کربن استفاده کردند. اندازه‌گیری‌های دمایی دقیق انتقال حرارت در سراسر فرآیند چاپ سه‌بعدی با استفاده از یک دوربین مادون قرمز انجام شد و با یک مدل عددی پیش‌بینی‌کننده مقایسه شد.
در نهایت مشخص شد که مدل عددی به درستی انتقال حرارت را در پرینت سه بعدی پیش بینی کرده است. با این حال، “دانش ضعیف از خواص رئولوژیکی” تیم را از پیش‌بینی دقیق چسبندگی لایه، یک عامل کلیدی در تعیین ویژگی‌های قطعه نهایی، باز داشت.
دور از FFF، محققان دانشگاه کلرادو بولدر فرآیند جدیدی را برای تعیین خواص مواد در پرینت سه بعدی جوهر افشان توسعه داده اند. این مطالعه که “پنتون برای خواص” نامیده می شود، نشان می دهد که چگونه می توان مواد مختلف رزین را در چاپ سه بعدی جوهر افشان چند ماده ای برای تعیین ویژگی های مواد خاص ترکیب کرد. این مواد مختلف شامل یک الاستومر نرم، یک پلاستیک سفت و سخت و مواد تشکیل دهنده مایع هستند.
به گفته محققان، این یافته‌ها پتانسیلی برای چاپ سه‌بعدی بافت بیولوژیکی مصنوعی مکانیکی قابل استفاده در کاربردهای پزشکی ارائه می‌دهد.
چه می کند آینده پرینت سه بعدی نگه دارید؟
چه کوتاه مدت گرایش های چاپ سه بعدی توسط کارشناسان صنعت برجسته شده است؟
مشترک شدن در خبرنامه صنعت چاپ سه بعدی برای به روز بودن از آخرین اخبار چاپ سه بعدی. شما همچنین می توانید ما را دنبال کنید توییتر، مانند ما فیس بوک صفحه و مشترک شوید صنعت چاپ سه بعدی یوتیوب کانال برای دسترسی به محتوای اختصاصی تر
آیا علاقه مند به کار در صنعت تولید مواد افزودنی هستید؟ بازدید کنید مشاغل پرینت سه بعدی برای مشاهده گزیده ای از نقش های موجود و شروع کار خود.
تصویر برجسته، تنظیمات آزمایشی پرینت سه بعدی محقق را نشان می دهد. عکس از طریق ماکرومولکول ها.
منبع: https://3dprintingindustry.com/news/new-research-enables-greater-control-over-3d-printed-material-properties-229083/?utm_source=rss&utm_medium=rss&utm_campaign=new-research-enables-greater-control-over-3d-printed-material-properties
