AIM3D, Voxelfill'in 3D Baskının Homojen Olmayan Dayanımını Çözdüğünü Açıkladı

AIM3D GmbH (Rostock, Almanya), patentli Voxelfill sürecinin avantajlarını gösterdiğini duyurdu. Bu 3D baskı tekniği, termoplastik malzeme ile doldurulmuş bir voxel yapı oluşturarak plastik ve lif dolu plastik bileşenlerin dayanımını ve elastikiyetini artırıyor. AIM3D, dayanım testlerinin, bu sürecin X, Y ve Z eksenlerinde 3D bileşenlerin homojen olmayan dayanımlarını aşma yeteneğini kanıtladığını ve böylece enjeksiyon kalıplama gibi geleneksel süreçlere yaklaşabildiğini iddia ediyor. Ayrıca, Voxelfill, EP 4100235-B1'e göre, diğer 3D baskı süreçleri kullanıcılarına lisanslanabilir.

Polimerlerin 3D baskı sürecinde, bileşenler genellikle katmanlı yapı süreci nedeniyle homojen olmayan dayanım özellikleri gösterir. Bu, esasen çekme ve eğilme dayanımındaki eksiklikler ile Z ekseninde oldukça kırılgan davranış şeklinde kendini gösterir. Buna karşın, bazı süreçler X ve Y eksenlerinde, geleneksel enjeksiyon kalıplama ile elde edilen dayanımlara yaklaşan dayanımlar elde edebiliyor. Daha önce AIM3D, PA6 GF30 bazlı lif dolu bileşenlerin ve Ultem 9085 gibi saf termoplastiklerin işlenmesiyle bu durumu başarıyla göstermiştir. Ancak, şirket, homojen olmayan dayanım özelliklerinin çözülmesi gerektiğini ve bu durumun 3D baskı bileşenlerinin geniş uygulanabilirliği için kritik olduğunu belirtmektedir.

CEM ekstruzyon yöntemi ile AIM3D, bu sınırlamaları aşan ve CEM sürecinin maliyet etkinliğini artıran bir Voxelfill stratejisi geliştirmiştir. Voxelfill, çok malzemeli bileşenler için de kullanılabilir ve plastikler, metaller ve seramikler gibi 3D bileşenlerin inşasında genel olarak uygundur. AIM3D CTO'su Clemens Lieberwirth, “Voxelfill ile kullanıcılar artık Z dayanımını ve baskı hızını artırabilir,” diyor. “Bu teknolojiyi sürekli olarak geliştiriyoruz.”

Şu anda, malzeme ekstruzyon 3D baskı, malzemeye bağlı olarak baskı yönünde yaklaşık %50 çekme dayanımı elde etmektedir. Baskı katmanları birbirinden ayrıldığı için, bu durum genellikle bileşenlerin yalnızca prototipler için uygun olmasına yol açar. AIM3D, şimdi Voxelfill ile enjeksiyon kalıplama süreci ile karşılaştırıldığında %80 çekme dayanımını elde ederek, sertifikalı peletlerden üretilen 3D baskı parçalarının teknik uygulamasını sağlıyor. Nihai hedef, %100 çekme dayanımına ulaşmaktır.

Ayrıca, XY düzleminde Voxelfill, enjeksiyon kalıplamaya göre %80 mekanik dayanım elde etmektedir; ilk belirlenen değerler, dolgu içermeyen teknik polimerlere uygulanmaktadır. Bu durum, geleneksel FDM yazıcıları ile 3D baskı yapıldığında iki kat daha fazla dayanım sağlamaktadır.

Test Sonuçları ve İlk Sonuçlar:

Voxelfill tabanlı test dizileri, XY dayanımını ve Z dayanımını belirlemek için çekme numuneleri ile kurulmuştur. A varyantı, XY düzlemindeki çekme dayanımını test etmek için yatay numunelerdir. B varyantı, XZ düzlemindeki çekme dayanımını test etmek için dikey numunelerdir. C varyantı ise, frezelenmiş numunelere dayanan XZ düzlemindeki çekme dayanımını test etmek için bir bloktur. AIM3D'nin fizibilite çalışmasının bir parçası olarak, A-C varyantları için gerilme (MPa) ve deformasyon (%) ölçümleri yapılmıştır (kullanılan malzeme: Polymaker, Shanghai, Çin'den Polycore PETG-1000).

Homojenlik, Lif Dolu Test Serileri Üzerinden Dayanım Sonuçları

AIM3D, lif dolu plastiklerin maksimum elde edilebilecek dayanımını, geleneksel 3D baskı ve Voxelfill ile karşılaştırmak amacıyla optimum baskı parametrelerini belirlemek için bir dizi test gerçekleştirmiştir.

Polymaker'ın PETG GF30'u kullanılarak 270°C ekstruzyon sıcaklığında çekme numuneleri, yatay XY yöneliminde referans olarak üretilmiştir. Bu referans numuneler, çekme yönü boyunca bir dolgu ve çekme yönüne ±45° açıyla bir dolgu ile iki farklı dolgu yönelimi ile basılmıştır.

AIM3D, çekme yönünde dolgu yönüyle elde edilen en yüksek çekme dayanımının 72.4 MPa olduğunu belirtmektedir. Ancak, AIM3D, bu durumun gerçek bir enjeksiyon kalıplı parçadaki fiber dağılımının parça geometrisine ve enjeksiyon noktalarının sayısına ve yönüne bağlı olması nedeniyle bir sahte durum olduğunu düşünüyor. Buna karşın, ±45° dolgu yönüne sahip yatay çekme numuneleri 50.1 MPa elde etmiştir. Sonrasında, geleneksel olarak katman katman dolgu ile basılmış dikey çekme numuneleri (normal 3D yazıcıların durumu) 12.8 MPa dayanım elde etmiştir. Karşılaştırıldığında, Voxelfill kullanarak basılan dikey test numuneleri 40.7 MPa daha yüksek çekme dayanımı elde etmiştir.

Voxelfill ile elde edilen dayanım değerleri, ±45° basılmış referans numunelere göre %81 homojenlik, hizalanmış referans numunelerine göre %56 homojenlik göstermektedir. Buna karşılık, geleneksel olarak basılan çekme numuneleri, ±45° basılmış referans numunelerine göre yalnızca %25 homojenlik ve hizalanmış referans numunelerine göre %18 homojenlik elde etmiştir. Voxelfill'in dayanımı artırma etkisi — enjeksiyon kalıplamaya benzer daha homojen bileşen özelliklerine yol açarak — lif dolu plastikler ile gösterilmiştir. Ayrıca, konfokal mikroskop altında fiber dağılımına bakıldığında, Voxelfill'in dikey enjeksiyon süreci ile tanıtılan Z yönünde hizalanmış lifler gözlemlenmektedir.

Sonuç:

“CEM [kompozit ekstruzyon modelleme] teknolojimize ve AIM3D'deki kurulu ekibimize daha önce hiç olmadığı kadar inanıyoruz,” diyor Lieberwirth. “3D pelet yazıcılar, geleneksel olarak üretilmiş bileşenlerin özelliklerini maliyet etkin bir şekilde haritalamak için bir eklemeli üretim stratejisi sunuyor. Voxelfill ile 3D baskı artık geleneksel enjeksiyon kalıplama ile mekanik dayanımlara yaklaşmaktadır.”