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聚氨酯3D打印新时代的到来

2021-01-04

       在全球3D打印行业中,我们偶尔会遇到一些初创公司,他们的技术看似微不足道,但潜力巨大。这不仅仅需要有一个好的想法,更重要的是要找到真正的制造痛点。这并不像听起来那么容易。更重要的是,公司要有解决这些问题的技术。Chromatic 3D Materials公司在热固性材料,尤其是聚氨酯挤出方面的工作就是一个很好的例子。能够熟练地、低成本地将世界上最常用的材料之一用于3D打印,将带来巨大的市场机会。而C3DM的方法中最值得称道的是,全世界众多的挤出式3D打印机制造商,每一个人都可以使用这种方法。

       该公司的方法是以材料和软件为基础的,与硬件无关。该公司的3D打印聚氨酯是一系列橡胶弹性体,具有高性能和高回弹性,从汽车到消费产品,几乎有无限的潜在应用。

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       相关人员将解释说:"要想在材料界推出一项新技术,你必须证明它有价值数亿英镑的潜力。材料行业供应链非常长。获得最终产品之前需要经历许多步骤。"

       这也是她最初被3D打印所吸引的原因,她解释说:"我感兴趣的是使材料的选择更接近最终用户,这真正改变了向市场提供创新材料所需的动力。我认为3D打印将给世界带来我们以前没有见到过的创新材料,而且这些材料具有更高的功能性。"

热固性材料在哪里?

       在更仔细地观察适合3D打印的材料时,相关人员注意到,材料范围确实受到了限制。而且过去(现在)最大的缺失部分是热固性材料,包括聚氨酯以及硅酮和环氧树脂。

       由于热固性材料的固有特性,它既非常有用,同时也很难进行3D打印。但困难并不意味着不可能。与其他任何制造领域一样,这需要研究。与任何热固性应用或工艺一样,3D打印聚氨酯最大的挑战是:化学反应决定了它的加工方式,而不是加工系统的力学原理。

       相关人员解释道:“在热塑性长丝打印机中,你必须调整打印头的温度和床的温度。在热固性材料中,你必须调整化学成分,这就更复杂了。我们改进了生产方法,比如挤压材料的反应密度,或者改变了它们的混合方式。"

       聚氨酯橡胶弹性体可以打印出邵氏A范围在40-90之间硬度的材料。这些耐久性材料在非3D打印应用中使用了几十年。它们可以被反复弯曲、拉伸、扭曲、挤压。它们被用在鞋的后跟和外底、滚轮和液压密封件的垫圈。该公司的团队找到了一种不牺牲高性能聚氨酯弹性体强度和耐久性的3D打印方法。

化学与力学

       该公司实现的具体3D打印工艺可以说是结合了喷墨和挤出技术。在打印过程中,两种液体成分在打印头中混合,引发化学反应。当液体离开喷头并沉积在印刷表面时,材料是一种部分聚合的凝胶,在几分钟内凝固成稳定的粘性材料。整个过程是在室温下进行的。

       换句话说,在热塑性塑料挤出过程中,材料被熔化和重组,而热固性材料实际上是在挤出过程中被 "生产"出来的。这样一来,整个零件的化学键就很牢固,更加各向同性。相关人员解释道:"这意味着在本质上,你所做的那个部件是一个单分子。另一个优势是我们的设计方式:打印出来的材料粘度比普通长丝低一万倍左右,这意味着你可以更快地打印。"

       这是一个化学挑战,不是机械挑战,但这并不意味着它是不可逾越的。而且3D打印这种材料的优势在于,人们可以使用50多年来在热固性化学方面所有的知识。相关人员认为,业界之所以没有取得更多的进展,主要原因是现今只有很少人在研究热固性3D打印。

       其中一家基于立体光刻技术的公司名为Carbon,其数字光合成技术使用热固性材料和光聚合物的混合物来触发光固化过程。相关人员解释说,Chromatics基于挤出的工艺提供了更多的通用性。"我们只是利用混合来触发反应。这使我们可以变得非常灵活,可以加入像着色剂之类的添加剂。"

       Chromatic的挤出系统可以安装在任何挤出式3D打印机上,只需用热固性打印头更换热打印头。Chromatic的团队使用的是标准的大型Juggerbot 3D打印机。Chromatic提供材料以及必要的软件(后面会有更多的介绍)。对于许多硬件制造商来说,Chromatic 3D材料系统可以代表一个独特的机会,大大扩展他们的市场范围。



文章来源:率捷咨询公众号

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