La mayoría de las personas ya se han encontrado con la impresión 3D de una forma u otra, pero todavía existe el mito de que cualquier cosa se puede imprimir en una impresora 3D. Pero esto está lejos del caso. Y como resultado, la impresión 3D no puede encontrar una amplia aplicación en las cadenas de producción de grandes empresas. El principal problema tecnológico de la impresión 3D con el método FDM es el uso de polímeros sin relleno (polilactita, acrilonitrilo butadieno estireno) como material reciclable, lo que limita significativamente el alcance de los productos obtenidos mediante la impresión FDM.
Este problema se debe en gran parte al hecho de que para los materiales de las varillas de polímero (filamentos), se imponen requisitos bastante "estrictos" sobre las propiedades fisicomecánicas, la viscosidad del fundido - procesabilidad, propiedades termofísicas, adhesión a varias superficies, etc. Por lo tanto, el filamento para 3D -La impresión es un producto polimérico completo. Sin embargo, la fabricación de prototipos tridimensionales basados en tales filamentos con propiedades funcionales es extremadamente difícil debido a la necesidad de alcanzar altos parámetros en términos de propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas y de otro tipo de los productos finales obtenidos mediante la impresión tridimensional por el método FDM y al mismo tiempo observar los requisitos tecnológicos para el filamento. que se usa para hacer el producto final.
En otras palabras, obtener "filamento" de materiales altamente rellenos (termoconductores, de alta resistencia, químicamente resistentes, etc.) es extremadamente difícil y, en algunos casos, una tarea completamente imposible. Si se recibe el "filamento", entonces no es posible imprimirlo en impresoras 3D normales.
En general, el uso de materiales compuestos de polímeros en la impresión 3D FDM está asociado con una serie de limitaciones y problemas:
- El desarrollo de composiciones de composiciones poliméricas para imprimir de acuerdo con el método FDM, teniendo en cuenta las peculiaridades de moldear los productos funcionales por el método aditivo, es una tarea de investigación compleja que requiere tener en cuenta las propiedades de los productos obtenidos y las propiedades del consumible;
- alta fragilidad y filamentos de bajo rendimiento de compuestos altamente rellenos;
- baja adhesión de la carga en la matriz polimérica bajo ciertas condiciones de carga;
- falta de capacidades tecnológicas para imprimir con filamentos reforzados;
- Una gama limitada de tecnologías de impresión 3D que procesan materiales poliméricos rellenos y altamente rellenos presentados en forma de granulado.
La solución a este problema es el rechazo de las varillas de polímero y el uso de gránulos y polvos, que se utilizan ampliamente para el moldeo por inyección industrial, como consumible para la impresión 3D.
Para estos fines, se desarrolló una impresora 3D única con una extrusora de émbolo de tornillo, que le permite procesar materiales compuestos de polímero de bajo flujo en las siguientes ventanas tecnológicas:
1. La viscosidad de las masas fundidas: 5 - 100 KPa × s;
2. Temperaturas de funcionamiento: 25 - 450 ° C;
3. Temperatura de una cámara de calor: 120 ° C
3. El volumen de impresión es 350 × 350 × 350 mm;
4. Velocidad de impresión de hasta 30 cm3 / min;
5. Precisión de posicionamiento desde 0.05 mm.
Materiales reciclables:
- Termoplásticos y elastómeros termoplásticos: copolímero ABS, LDPE, PP, PVA, PETF, PMMA, PSt, 1,2-SPB, SBS, elastómeros termoplásticos de poliolefina, elastómeros termoplásticos;
- Plásticos de ingeniería de alta resistencia: sulfuro de polifenilo, polieteretercetona, policarbonato, fluoroplástico;
- Polímeros biodegradables: polilactidas, polihidroxialcanoatos.
Como agentes de refuerzo cortos, para prototipos tridimensionales, una variedad de polímeros y fibras inorgánicas pueden actuar:
- Monofilamento: fibra de vidrio, carbono, viscosa, poliéster; poliamida, cobre, níquel, aluminio y fibra de plata;
- Fibras híbridas: fibras de metal-textil, metal-vidrio y metal-polímero;
- Fibras biodegradables: viscosa, colágeno, hidrogel y fibra de polisacárido.
La tecnología presentada permitirá crear productos a partir de materiales compuestos con una amplia gama de aplicaciones, y no solo prototipos, sino también productos funcionales ya terminados, lo cual es relevante en el contexto de las crecientes tendencias en la introducción de materiales compuestos en la industria a gran escala y las expectativas del mercado de tecnología aditiva.
En comparación con las impresoras 3D de "filamento", esta tecnología tiene una serie de ventajas:
- una amplia gama de materiales reciclables: existen oportunidades para usar aquellos materiales que anteriormente solo estaban disponibles para los usuarios de la costosa tecnología de sinterización selectiva por láser (SLS), y que hasta ahora no eran aptos para la impresión 3D en principio;
- Reducción de 5-10 veces en costos de materiales;
- mayor rendimiento de la extrusora y, como resultado, alta velocidad de impresión;
- preservación de las propiedades iniciales del material en el producto final;
- la capacidad de experimentar con el relleno del material directamente durante la impresión;
- La capacidad de probar nuevos materiales directamente en la forma del producto final.
Desarrollos similares no se presentan en el mercado ruso. Las nuevas empresas con desarrollos similares solo están apareciendo en el mercado occidental, pero también son inferiores en calidad de impresión, precio y características.
Peón impreso de poliamida-6¿Por qué usar un dispositivo de este tipo si puede fundir cualquier material bajo presión en una máquina de moldeo por inyección? La respuesta es simple: una impresora 3D no requiere equipo adicional (formas de litio, etc.), y el precio de un producto es comparable solo cuando se imprime desde 300,000 piezas. En otras palabras, la producción a pequeña escala es un 90% más barata y no hay necesidad de costos adicionales para la reorganización, solo para los consumibles.
En consecuencia, los consumidores potenciales son representantes de industrias a gran escala en las industrias automotriz y de aviación, fabricantes de productos domésticos y técnicos, incluidos productos electrónicos, centros de I + D y medicamentos. Además, la tecnología puede encontrar su aplicación para la producción a pequeña escala personalizada en el concepto de Industria 4.0.