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聚氨酯3D打印新時(shí)代的到來(lái)

2021-01-04

       在全球3D打印行業(yè)中,我們偶爾會(huì )遇到一些初創(chuàng )公司,他們的技術(shù)看似微不足道,但潛力巨大。這不僅僅需要有一個(gè)好的想法,更重要的是要找到真正的制造痛點(diǎn)。這并不像聽(tīng)起來(lái)那么容易。更重要的是,公司要有解決這些問(wèn)題的技術(shù)。Chromatic 3D Materials公司在熱固性材料,尤其是聚氨酯擠出方面的工作就是一個(gè)很好的例子。能夠熟練地、低成本地將世界上最常用的材料之一用于3D打印,將帶來(lái)巨大的市場(chǎng)機會(huì )。而C3DM的方法中最值得稱(chēng)道的是,全世界眾多的擠出式3D打印機制造商,每一個(gè)人都可以使用這種方法。

       該公司的方法是以材料和軟件為基礎的,與硬件無(wú)關(guān)。該公司的3D打印聚氨酯是一系列橡膠彈性體,具有高性能和高回彈性,從汽車(chē)到消費產(chǎn)品,幾乎有無(wú)限的潛在應用。

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       相關(guān)人員將解釋說(shuō):"要想在材料界推出一項新技術(shù),你必須證明它有價(jià)值數億英鎊的潛力。材料行業(yè)供應鏈非常長(cháng)。獲得最終產(chǎn)品之前需要經(jīng)歷許多步驟。"

       這也是她最初被3D打印所吸引的原因,她解釋說(shuō):"我感興趣的是使材料的選擇更接近最終用戶(hù),這真正改變了向市場(chǎng)提供創(chuàng )新材料所需的動(dòng)力。我認為3D打印將給世界帶來(lái)我們以前沒(méi)有見(jiàn)到過(guò)的創(chuàng )新材料,而且這些材料具有更高的功能性。"

熱固性材料在哪里?

       在更仔細地觀(guān)察適合3D打印的材料時(shí),相關(guān)人員注意到,材料范圍確實(shí)受到了限制。而且過(guò)去(現在)最大的缺失部分是熱固性材料,包括聚氨酯以及硅酮和環(huán)氧樹(shù)脂。

       由于熱固性材料的固有特性,它既非常有用,同時(shí)也很難進(jìn)行3D打印。但困難并不意味著(zhù)不可能。與其他任何制造領(lǐng)域一樣,這需要研究。與任何熱固性應用或工藝一樣,3D打印聚氨酯最大的挑戰是:化學(xué)反應決定了它的加工方式,而不是加工系統的力學(xué)原理。

       相關(guān)人員解釋道:“在熱塑性長(cháng)絲打印機中,你必須調整打印頭的溫度和床的溫度。在熱固性材料中,你必須調整化學(xué)成分,這就更復雜了。我們改進(jìn)了生產(chǎn)方法,比如擠壓材料的反應密度,或者改變了它們的混合方式。"

       聚氨酯橡膠彈性體可以打印出邵氏A范圍在40-90之間硬度的材料。這些耐久性材料在非3D打印應用中使用了幾十年。它們可以被反復彎曲、拉伸、扭曲、擠壓。它們被用在鞋的后跟和外底、滾輪和液壓密封件的墊圈。該公司的團隊找到了一種不犧牲高性能聚氨酯彈性體強度和耐久性的3D打印方法。

化學(xué)與力學(xué)

       該公司實(shí)現的具體3D打印工藝可以說(shuō)是結合了噴墨和擠出技術(shù)。在打印過(guò)程中,兩種液體成分在打印頭中混合,引發(fā)化學(xué)反應。當液體離開(kāi)噴頭并沉積在印刷表面時(shí),材料是一種部分聚合的凝膠,在幾分鐘內凝固成穩定的粘性材料。整個(gè)過(guò)程是在室溫下進(jìn)行的。

       換句話(huà)說(shuō),在熱塑性塑料擠出過(guò)程中,材料被熔化和重組,而熱固性材料實(shí)際上是在擠出過(guò)程中被 "生產(chǎn)"出來(lái)的。這樣一來(lái),整個(gè)零件的化學(xué)鍵就很牢固,更加各向同性。相關(guān)人員解釋道:"這意味著(zhù)在本質(zhì)上,你所做的那個(gè)部件是一個(gè)單分子。另一個(gè)優(yōu)勢是我們的設計方式:打印出來(lái)的材料粘度比普通長(cháng)絲低一萬(wàn)倍左右,這意味著(zhù)你可以更快地打印。"

       這是一個(gè)化學(xué)挑戰,不是機械挑戰,但這并不意味著(zhù)它是不可逾越的。而且3D打印這種材料的優(yōu)勢在于,人們可以使用50多年來(lái)在熱固性化學(xué)方面所有的知識。相關(guān)人員認為,業(yè)界之所以沒(méi)有取得更多的進(jìn)展,主要原因是現今只有很少人在研究熱固性3D打印。

       其中一家基于立體光刻技術(shù)的公司名為Carbon,其數字光合成技術(shù)使用熱固性材料和光聚合物的混合物來(lái)觸發(fā)光固化過(guò)程。相關(guān)人員解釋說(shuō),Chromatics基于擠出的工藝提供了更多的通用性。"我們只是利用混合來(lái)觸發(fā)反應。這使我們可以變得非常靈活,可以加入像著(zhù)色劑之類(lèi)的添加劑。"

       Chromatic的擠出系統可以安裝在任何擠出式3D打印機上,只需用熱固性打印頭更換熱打印頭。Chromatic的團隊使用的是標準的大型Juggerbot 3D打印機。Chromatic提供材料以及必要的軟件(后面會(huì )有更多的介紹)。對于許多硬件制造商來(lái)說(shuō),Chromatic 3D材料系統可以代表一個(gè)獨特的機會(huì ),大大擴展他們的市場(chǎng)范圍。



文章來(lái)源:率捷咨詢(xún)公眾號

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