Эта новаторская технология напрямую решает проблему внутренней пористости — одной из самых серьезных проблем при крупномасштабной 3D-печати.
Вакуумная экструзия применяется в крупномасштабном аддитивном производстве для уменьшения пористости напечатанных деталей.
Випин Кумар/ORNL, Министерство энергетики США
Исследователи из Национальной лаборатории Оук-Ридж (ORNL) в Теннесси представили новый метод вакуумной экструзии, который значительно снижает внутреннюю пористость в крупногабаритных полимерных деталях, напечатанных на 3D-принтере.
По словам команды, этот прорыв может трансформировать аддитивное производство в аэрокосмической, автомобильной и оборонной отраслях. Он снижает пористость на 75 процентов, что является важным шагом на пути к созданию более прочных и надежных печатных компонентов.
Широкоформатное аддитивное производство (LFAM) — более масштабный подход к 3D-печати, позволяющий напрямую печатать компоненты метрового масштаба — используется для создания крупных и сложных деталей для различных отраслей промышленности.
Несмотря на то, что эти материалы обеспечивают превосходную жесткость и низкое тепловое расширение, их широкое применение долгое время сдерживалось внутренней пористостью или пустотами, которые снижают прочность и надежность печатных деталей.
Теперь, благодаря новой вакуумной технологии, исследователям удалось удалить газы, скопившиеся во время печати, что значительно уменьшило пустоты и сделало детали более прочными и однородными.
Понимание дефектов пористости
Випин Кумар, доктор философии, эксперт по производству композитов и волокон в ORNL, объяснил, что, хотя материалы, полученные с помощью 3D-печати, обеспечивают превосходную жесткость и низкое тепловое расширение, их потенциал существенно ограничен постоянной пористостью внутри шариков.
Пористость в 3D-печати означает наличие крошечных пустот или дефектов в напечатанном материале, часто вызванных скоплением газа или неполным сплавлением в процессе печати.
Эти слабые места могут действовать как небольшие сколы в стекле, расширяясь под действием нагрузки и в конечном итоге ставя под угрозу прочность, долговечность и надежность важнейших компонентов, таких как медицинские имплантаты или детали аэрокосмической техники.
Чтобы решить эту проблему, исследователи интегрировали вакуумный бункер — устройство, используемое для удаления воздуха, влаги и захваченных газов из материалов в процессе производства — непосредственно в процесс экструзии, где нагретый материал проталкивается через сопло для формирования напечатанной детали.
К их удивлению, первоначальные результаты наглядно продемонстрировали эффективность метода, поскольку он снизил пористость до 75 процентов даже в деталях с различным содержанием волокон — важный фактор в крупномасштабном производстве, где сложно поддерживать однородность материала.
Более того, в некоторых случаях уровень внутренней пустотности опускался ниже двух процентов, что Кумар назвал значительным достижением по сравнению с традиционными методами.
Переосмысление полимерной печати
«Используя эту инновационную технологию, мы не только решаем важную проблему пористости при крупномасштабной полимерной печати, но и прокладываем путь к созданию более прочных композитов», — пояснил Кумар в пресс-релизе.
Команда предположила, что метод с использованием вакуума можно легко интегрировать в существующие рабочие процессы LFAM, что поможет оптимизировать производство и повысить качество деталей в таких секторах, как аэрокосмическая, автомобильная и оборонная промышленность.
«Это значительный шаг вперед для отрасли LFAM», — заключил Кумар, объяснив, как конструкция эффективно предварительно дегазирует материал, обеспечивая более чистый и плотный выходной продукт.
Поскольку в настоящее время система предназначена для пакетной обработки, команда активно работает над расширением ее возможностей для непрерывных, масштабируемых и промышленных приложений.
Они сообщили, что уже разработали запатентованную концепцию интеграции метода вакуумной экструзии в системы непрерывного осаждения, что может сделать эту технологию общедоступной, работающей в режиме реального времени производственной средой.
Sourse: interestingengineering.com
