Printarea 3D a modelelor compozite de inalta performanta pe Zortrax Endureal

Rezumat

O capacitate de utilizare a extruziunii duale pentru printarea modelelor compozite din doi polimeri de inalta performanta a fost dezvoltata cu sprijinul Agentiei Spatiale Europene.

Primul dispozitiv de transfer de date 3D din lume printatt in intregime din polimeri PEEK in extrudare duala a fost fabricat pe imprimanta 3D Zortrax Endureal din PEEK standard si PEEK conductiv experimental dezvoltat de ESA.

Capacitatea de a printa modele 3D compozite permite inginerilor sa proiecteze piese de inalta performanta, cu functii avansate, cum ar fi detectarea uzurii, alerte de defectiuni sau schimbarea geometriei ca raspuns la temperatura sau curent electric.

Echipa de cercetare si dezvoltare Zortrax a atins o etapa majora pe drumul catre printarea 3D a componentelor inteligente si compozite din doi polimeri de inalta performanta pe Endureal, imprimanta 3D Zortrax industriala cu extrudare duala. Modelele de concept cu caracteristici de transfer de energie si date au fost fabricate cu succes cu o combinatie de PEEK pur si un PEEK experimental, conductiv electric, dezvoltat de Agentia Spatiala Europeana.

Un model compozit printat 3D in extrudare duala cu PEEK pur si cai conductoare electric tiparite din PEEK conductiv experimental dezvoltat de ESA.

Iata de ce aceasta este o descoperire majora pentru industria aerospatiala si spatiala.

Redefinirea polimerilor de inalta performanta

Polimerii de inalta performanta precum materialele pe baza de Z-PEI 9085 sau PEEK ofera proprietati termice si mecanice excelente comparabile cu aliajele metalice. Sunt utilizate in mod obisnuit in ingineria aerospatiala si explorarea spatiului. PEEK, care inseamna polieter-eter-cetona, a fost deja testat extensiv de catre JAXA, agentia spatiala japoneza. Probele de PEEK au trecut cu brio testele de cicluri termice, vibratii si radiatii. Au fost chiar expuse in spatiu deschis de luni de zile in timpul experimentului MPAC si SEED la bordul Statiei Spatiale Internationale. Dar inginerii care lucreaza la Centrul European de Cercetare si Tehnologie Spatiala (ESTEC) au gasit modalitati de a obtine si mai mult din aceste materiale.

O componenta de rezistenta utilizata in industria aerospatiala printata 3D cu Z-PEI 9085

In 2018, echipa ESTEC a publicat o lucrare de cercetare care descrie un filament de printare 3D PEEK conductiv electric. In acest fel, PEEK, care in mod normal nu este un conductor, a fost reproiectat pentru a functiona ca material de transfer de energie sau de date. Echipa a realizat acest lucru prin amestecarea PEEK cu nanotuburi de carbon si nanoparticule de grafit in proportiile potrivite pentru a facilita conductivitatea. Singura piesa lipsa a fost o imprimanta 3D care ar putea lucra cu acest material pentru a crea trasee conductive intr-un corp PEEK standard. Deoarece nu exista o astfel de imprimanta 3D pe piata, Zortrax a lansat un proiect de cercetare pentru a face acest lucru sa functioneze. Si acest proiect de cercetare tocmai a avut succes.

Specificatii din afara spatiului

Endureal a fost alegerea evidenta pentru o platforma hardware, avand in vedere cerintele pe care o imprimanta 3D trebuie sa le indeplineasca pentru a imprima cu polimeri de inalta performanta. Echipa de ingineri Zortrax a reusit sa creasca rigiditatea sistemului de extrudare, ceea ce s-a tradus intr-o precizie dimensionala si mai buna. Aceasta a fost si mai mult o provocare, deoarece ambele duze care lucrau pe model trebuiau sa mentina o pozitie stabila una fata de alta pe parcursul intregului proces de imprimare.

Compartimentul extruderului lui Endureal este izolat termic de camera de imprimare incalzita plasata chiar sub el.

Alte imbunatatiri hardware au dus la atingerea de catre Endureal a temperaturilor de functionare chiar mai ridicate. Temperatura maxima de extrudare este acum de 480 °C. Temperaturile maxime in camera de printare si pe platforma de constructie pot ajunge la 200 °C si, respectiv, la 220 °C, pentru a reduce in continuare deformarea si contractia materialelor de inalta performanta. Mai mult, fiecare dintre aceste temperaturi poate fi definita cu precizie de catre utilizator.

Zortrax Endureal are un volum mare de constructie, comparativ cu alte imprimante 3D capabile sa lucreze cu materiale pe baza de PEEK.

Dar asta nu este tot. Comparativ cu alte imprimante 3D capabile sa proceseze materiale pe baza de PEEK, Endureal are un spatiu de constructie foarte mare, masurand 400 x 300 x 300 milimetri. Aceasta inseamna ca aparatul poate gazdui o intreaga serie 1U si 2U de nano sateliti, daca este necesar. Toate aceste specificatii fac din Endureal o imprimanta 3D perfecta pentru aplicatii aerospatiale si spatiale. Si asta chiar si fara abordarea complet noua a extruziunii duale.

Reinventarea extrudarii duale

Tehnologia de extrudare duala permite unei imprimante 3D sa functioneze interschimbabil cu doua materiale. Sistemul de extrudare comuta intre doua duze separate pentru a depune materialul potrivit in punctele potrivite. Pana acum, l-am folosit pentru a construi modele dintr-un material si pentru a sustine structuri din celalalt. In acest fel am putea face mai usoara post-procesarea prin printarea suporturilor din materiale solubile sau fragile precum Z-SUPPORT ATP sau Z-SUPPORT HT. Dar, in acest caz, am dus aceasta tehnologie dincolo de asta.

Un model 3D printat pe Endureal din Z-PEI 9085 in extrudare dubla. Modelul inainte de indepartarea suporturilor de separare tiparit cu Z-SUPPORT HT in stanga. Acelasi model cu suporturi scoase in dreapta.

Imaginati-va o scanare cu raze X a unui dispozitiv electronic. Ar exista fire si circuite clar vizibile in interiorul unei carcase de plastic. Am vrut ca inginerii care lucreaza in industriile de inalta tehnologie sa aiba capacitatea de a proiecta schema circuitelor si a cablajelor, sa incorporeze totul intr-un corp din polimer si sa o imprime 3D dintr-o singura data pe o imprimanta 3D. Si am vrut ca astfel de dispozitive sa aiba toate proprietatile asemanatoare otelului gasite in polimeri precum PEEK. Practic ne-am propus sa printam componente cu caracteristici simple de transfer de energie si date, care ar putea rezista expunerii la mediul spatial.

Un model compozit cu trasee conductive vizibile in partea de sus si complet incorporate in corpul PEEK in partea de jos.

Pentru a realiza acest lucru, am redefinit modul in care functioneaza extrudarea duala. In loc sa tiparim modele si suporturi din materiale separate, am definit ce parti ale modelului ar trebui sa fie printate cu ce material. Si intrucat am vrut ca totul sa se faca cu filamente de inalta performanta, am cerut ESA sa ne lase sa incercam sa o facem cu PEEK-ul lor conductiv electric. Si am reusit.

Inovatii revolutionare

Construirea de modele compozite din doi polimeri de inalta performanta deschide o lume de posibilitati in sectoarele aerospatial si spatial. Functiile de transfer de energie si date sunt doar inceputul. Am testat deja modelele noastre si am obtinut rate de transfer de 9600 biti / s prin cai printate 3D cu PEEK conductiv al ESA prin protocolul RS-232, care este mai mult decat suficient pentru a face fata situatiilor de urgenta in spatiu.

Transferul primei imagini din lume printr-un dispozitiv de transfer de date printat 3D exclusiv din polimeri PEEK.

In viitor, aceeasi tehnologie poate fi utilizata pentru asa-numita printare 4D, unde a patra dimensiune este timpul. De exemplu, exista materiale care isi schimba proprietatile ca raspuns la schimbarile de temperatura sau curent electric. Prin urmare, este posibil sa printati manipulatoare functionale care actioneaza automat atunci cand temperatura din jurul lor depaseste un anumit prag sau, la cerere, atunci cand li se aplica curent electric.

Modelele compozite printate 3D cu PEEK si PEEK conductiv dezvoltate de ESA au fost printate 3D pe un echipament standard Zortrax Endureal fara modificari personalizate.

Dar poate cel mai important lucru despre Endureal este ca este pregatit din punctul de vedere al hardware-ului pentru a suporta toate aceste caracteristici si multe altele. Acest lucru se datoreaza faptului ca echipa noastra de cercetare si dezvoltare lucreaza la Endureal cu o configuratie hardware standard disponibila comercial clientilor. Nu utilizam imprimante modificate in proiectele noastre de cercetare. Lucram cu acelasi echipament pe care il vindem clientilor nostri. Si asta inseamna ca, atunci cand printarea 3D compozita cu extrudare dubla si alte tehnologii interesante pe care le avem in curs, ating nivelul de productie, acestea vor fi lansate pe piata printr-o simpla actualizare de software.

Afla mai multe despre #Zortrax #Endureal: https://www.suntem3d.ro/endureal

Punctul de vedere exprimat aici nu poate fi in niciun caz considerat a reflecta opinia oficiala a Agentiei Spatiale Europene.

Acest articol apartine Zortrax SA si poate fi lecturat in engleza AICI.

Traducerea in limba romana este realizata de Suntem3D.