Фирма AIM3D, производитель мультиматериальных 3D-принтеров, разработала новое поколение печатающих головок для композитного экструзионного моделирования (CEM). Новый экструдер CEM-E2 — устройство для печати гранулятом по аддитивной технологии на таких материалах, как металл, полимеры и керамика. На данный момент AIM3D разрабатывает более мощные принтеры для печати гранулятом для создания более крупных изделий и повышения скорости проектирования.
Запатентованный экструдер
Экструдер CEM-E2 оснащен тремя вариантами печатающих головок, оптимизированных под различные группы материалов. Экструдер с головкой типа М (металлы) предназначен для печати гранулированным металлическим порошком, смешанным с пластиковым связующим (MIM-технология). Головка типа Р (пластик) применяется для печати чистыми и наполненными полимерами. Для полимер-керамических материалов с повышенной стойкостью к истиранию (CIM-технология) была разработана печатающая головка типа С (керамика). Новые экструдеры/печатающие головки отличаются значительно более высокой точностью печати. Это позволяет достичь более высокого качества поверхности и улучшить механические характеристики изделия. Скорость экструзии
 |
увеличилась более чем на 200% и теперь благодаря соплу диаметром 0,4 мм достигает 220 см3/ч. Клеменс Либервирт, главный технический директор AIM3D, отмечает: «Новизна состоит в оптимизации системы подачи материала и в наличии опциональной системы жидкостного охлаждения и усовершенствованной системы замены расходных материалов. Запатентованный экструдер CEM-E2 с параметрами, изменяемыми в соответствии с различными группами материалов, устанавливает новые стандарты в композитном экструзионном моделировании».
Преимущество технологии CEM — в возможности применять ее для установок 3D-печати с использованием различных материалов. Кроме того, возможно применение обычных гранулятов вместо волокон, что значительно сокращает расходы. Немаловажно и снижение затрат времени на производство изделия при использовании непосредственно гранулятов.
3D-печать композитом
По заказу фирмы Schaeffler на новом экструдере CEM-E2 была изготовлена комплектующая деталь из ПФС GF 40. Использовался полифениленсульфид компании Celanese. Наряду с хорошими основными свойствами, такими как высокая огнестойкость, данный материал предполагает индивидуальную настройку таких характеристик, как проводимость, тепловое расширение или износ при трении. Целью партнерства фирм AIM3D и Schaeffler было создание методом 3D-печати распределительного патрубка для охлаждающей жидкости. Экструдер CEM-E2 мог осуществлять печать полифениленсульфидом, идентичным тому, который используется в литье под давлением, и для 3D-принтера был выбран ПФС GF 40. Как правило, альтернативным материалом для 3D-печати служит ПА-6 30GF, поскольку не существует ПФС, наполненного стекловолокном в виде волокон или порошка. Полифениленсульфид обеспечивает более высокие характеристики термоустойчивости при улучшенных механических характеристиках и высоком потенциале применения для производства облегченных конструкций. Решающим фактором также стала чрезвычайно высокая устойчивость к агрессивным средам, так как ПФС практически не впитывает воду.
Новые сферы применения ПФС
В настоящее время не существует материала в виде комплексной нити для 3D-печати, химически идентичного используемому в литьевом формовании ПФС GF 40. Сравнение экономики переработки имеющихся на рынке нитей из полифениленсульфида и гранулята из него обнаруживает большой потенциал в плане использования именно гранулята, даже если бы аналогичный материал был доступен в виде нити. Клемент Либервирт утверждает: «Гранулят имеет существенные преимущества в плане снижения уровня затрат, а также гарантирует значительно более высокую скорость производства. Чистые производственные издержки (машино-часы плюс сырье) в процессе выпуска одного изделия из гранулята находятся на уровне примерно 70 евро, время печати — 12 часов. Принтерам, использующим нить, при такой же толщине слоя (50 мкм) потребовалось бы 50 часов». Далее Либервирт подчеркивает, что ПФС также может быть востребованным в производстве систем высокой сложности в автомобильной и химической промышленности, например для изготовления установок распределения охлаждающих жидкостей.
Преимущества ПФС
ПФС обладает рядом параметров, которыми не могут похвастаться ни другие полимеры, ни металлы. За счет легкости полифениленсульфида снижается вес конечного изделия и тем самым потребление топлива и уровень выброса CO2. Также заказчик может индивидуально модифицировать свойства материала в части его проводимости, трибологии или устойчивости к нагрузкам. При этом также возможно комбинировать данные характеристики, что было бы невозможно при использовании какого-то одного конкретного материала. В сравнении с более дешевыми полимерами ПФС обладает более высокой прочностью и сниженным уровнем теплового расширения. Кроме того, данный пластик более устойчив к воздействию воды, гидролиза и растворителей и демонстрирует явные преимущества при электрической и термической изоляции. Еще одним большим плюсом является его «встроенная» защита от воспламенения. ПФС от природы слабо воспламеняемый, в то время как другие полимеры требуют для достижения данного качества внесения специальных добавок. Однако эти добавки порой существенно изменяют механические свойства, а также могут вымываться под воздействием паров или агрессивных чистящих средств. Помимо слабой воспламеняемости полифениленсульфид обладает и другими положительными качествами, причем без всякой дальнейшей оптимизации. К ним относятся высокая температура плавления (приблизительно 280°C), очень низкая гигроскопичность, а также очень высокая химическая устойчивость (нет растворителя, который мог бы при комнатной температуре оказать разрушительное воздействие на данный пластик). Преимуществами являются также термическая и электрическая проводимость. Путем дозирования вносимых добавок можно увеличить электропроводимость так, что можно будет подобрать любое значение объемного сопротивления в диапазоне от 1 до 1015 Oм. Таким образом, в набор характеристик входят антистатические свойства, проводимость и защита от электромагнитного воздействия и другие вплоть до защиты от электрических разрядов. Материал пригоден для производства промышленных приборов в условиях, требующих защиты от взрыва, или корпусов электроприборов, которые должны отвечать требованиям в отношении электромагнитной совместимости.
