شیمی برنده جایزه نوبل پلیمرهای چاپ سه بعدی را تقویت می کند « Fabbaloo

بنیانگذار و مدیر عامل شرکت polySpectra تلاش خود را برای جام مقدس مواد افزودنی به اشتراک می گذارد.

ریموند وایتکمپ اعتراف می کند: «من از چاپ سه بعدی متنفر بودم. من آنجا نشسته بودم به عنوان یک دکترای شیمی پلیمر و می‌گفتم: «این یک تفنگ چسب داغ روی دروازه‌ای است. چگونه این می تواند مفید باشد؟»

این چیزی نیست که انتظار دارید از موسس یک شرکت تولید کننده رزین برای تولید مواد افزودنی بشنوید. اما در واقع، وایتکمپ از بازیکن متنفر نبود – او از بازی متنفر بود.

Weitekamp، مدیرعامل پلی Spectra مستقر در کالیفرنیا توضیح می دهد: “من متوجه شدم که در نهایت به این واقعیت ختم شد که خواص مواد برای ساخت محصولات نهایی وجود ندارد.” «این همه هیاهو در مورد چاپ سه بعدی وجود داشت، اما این تولید افزودنی نیست، حتی اگر مردم دوست دارند این کلمات را به جای هم استفاده کنند. تولید افزودنی در حال تولید محصولات با استفاده نهایی واقعی است.

Weitekamp تصمیم گرفت تا با توسعه مواد پرینت سه بعدی که به اندازه کافی بادوام و ایمن باشد، به پر کردن این شکاف کمک کند تا این فناوری را واقعاً با فرآیندهای تولید سنتی تر، مانند قالب گیری تزریقی، رقابتی کند.

کلاس جدید فوتوپلیمر

شیمی زیربنای رزین اولفین چرخه ای polySpectra (COR) قبل از اینکه Weitekamp روی چاپ سه بعدی متمرکز شود، توسعه یافت. وایتکمپ که زیر نظر برنده جایزه نوبل رابرت گرابز در مؤسسه فناوری کالیفرنیا کار می کرد، راهی برای استفاده از نور برای فعال کردن کاتالیزورهای گرابز یافت، مجتمع های کربن فلزی انتقالی که متاتز الفین را تسریع می کنند.

Weitekamp توضیح می دهد: «در اصل، (COR) یک کلاس جدید از فوتوپلیمر است. اگرچه فرآیند چاپ برای COR در سطح ماکروسکوپی یکسان به نظر می رسد، مکانیسم مولکولی زیربنای آن کاملاً متفاوت است.

Weitekamp شروع به استفاده از این تکنیک برای ساخت مقاوم‌های نوری کرد، اما او می‌توانست کاربردهای بالقوه متعددی از جمله داربست‌های بافت سلول‌های بنیادی، چاپ سه بعدی نانو و متامواد نوری را ببیند. یک جفت ملاقات با دو تن از بازیگران اصلی در تولید مواد افزودنی – Stratasys و Formlabs – او را به سمت فناوری‌ای که در ابتدا رد کرده بود هدایت کرد.

Weitekamp می‌گوید: «ما در تلاش بودیم بفهمیم که آیا این شرکت‌ها مواد بهتری می‌خواهند یا نه، و در این مرحله هیچ مدرکی نداشتیم که بتوانیم با این ترکیب شیمیایی پرینت سه بعدی کنیم، اما می‌دانستیم که به چه ویژگی‌هایی می‌توانیم دست پیدا کنیم. بنابراین، من به آنها گفتم که می‌توانیم به دمای کاری 150 درجه سانتی‌گراد و ازدیاد طول در شکست 15 درصد به طور همزمان برسیم، و هر دو شرکت گفتند، “اگر می‌توانید این کار را انجام دهید، جام مقدس چاپ سه بعدی خواهد بود.” بعد از آن سال‌ها و میلیون‌ها دلار طول کشید تا بفهمیم چگونه شیمی‌مان را ماساژ دهیم و آن را با آنچه که در دبیرستان فهمیده بودم تطبیق دهیم تا بتوانیم آن را در یک چاپگر سه‌بعدی رها کنیم، اما این داستان منشأ پلی‌اسپکترا است. “

امروزه پلی اسپکترا سه رزین COR Alpha، COR Black و COR Bio را ارائه می دهد. دو مورد اول عمدتاً برای کاربردهای صنعتی در نظر گرفته شده اند، در حالی که سومی به طور خاص در صنایع دندانپزشکی و تجهیزات پزشکی است. تمام قطعات ساخته شده از COR نیاز به یک فرآیند حرارتی پس از پخت دارند، یا از طریق یک اجاق خلاء برای تنظیمات با توان بالا یا با استفاده از یک محصول دیگر polySpectra به نام waveCure که با اجاق‌های مایکروویو درجه مصرف‌کننده کار می‌کند.

قانون تعادل برای مواد چاپ سه بعدی

اگر تا به حال از غرفه ای برای چاپ سه بعدی (یا تولید مواد افزودنی) در یک نمایشگاه بازدید کرده اید، احتمالاً متوجه شده اید که قطعات نمایشی اغلب در صفحه نمایش شیشه ای نگهداری می شوند. دلیل آن واضح است: شرکت‌ها نمی‌خواهند قطعات نمایشی گرانبهای آن‌ها توسط شرکت‌کنندگانی که انگشت‌های دستی دارند آسیب ببیند. البته، این موضوع همچنین چیزهای عمیق تری را در مورد خود قطعات پرینت سه بعدی نشان می دهد، یعنی اینکه آنها به اندازه کافی ظریف هستند که آسیب ناشی از کار باعث نگرانی شود.

وایتکامپ به یاد می‌آورد: «یکی به من گفت که همیشه می‌خواسته یک شبکه چاپ سه‌بعدی را ببیند که به اندازه کافی محکم باشد تا روی آن بایستد. بنابراین، ما در واقع این کار را انجام دادیم، و حتی مردم را تشویق کردیم که روی آن بپرند!

نکته این نیست که قطعات ساخته شده با رزین های polySpectra قوی ترین قطعاتی هستند که با چاپ سه بعدی می توانید پیدا کنید. در واقع، Weitekamp اولین کسی خواهد بود که اعتراف می کند که این مورد نیست. همچنین قطعات ساخته شده با COR بالاترین مقاومت حرارتی را ندارند. در عوض، هدف ایجاد تعادل بین این دو است و در نتیجه ماده ای بسیار نزدیک به پلیمرهای معمولی است.

Weitekamp می‌گوید: «وقتی مردم یکی از قسمت‌های ما را در دست می‌گیرند، به ما می‌گویند که شبیه SLA (سنگی سنگی) نیست. “تجربه ای حرکتی وجود دارد که نمی توانید از تماشای عکس ها یا تماشای فیلم ها به دست آورید.”

البته، صرف این واقعیت که قطعات COR بیشتر شبیه قطعات تولید شده از طریق روش‌های تولید سنتی هستند، به این معنا نیست که ساخت افزودنی با COR می‌تواند جایگزین آن روش‌ها برای هر کاربرد معین شود. همان محدودیت‌هایی که ما را از چاپ سه بعدی کارد و چنگال پلاستیکی و مجموعه‌ای از کالاهای مصرفی دیگر باز می‌دارد – یعنی سرعت و هزینه – همچنان اعمال می‌شوند. با این وجود، گزینه های بیشتر مواد برای هر مهندس که با پلیمرهای چاپ سه بعدی کار می کند خبر خوبی است.

ادامه این داستان را در ENGINEERING.com بخوانید