исследователи обсудили изготовление сверхжестких 3D-печатных форм из отверждаемой ультрафиолетом (УФ) низковязкой смолы с высоким содержанием наполнителя из диоксида кремния. Благодаря высокой точности и высокой производительности формование пресс-форм является одним из наиболее ценных способов обработки и проектирования пластмасс. Традиционные субтрактивные процессы изготовления форм требуют много времени и средств. Исследователи активно искали применение концепции конформного охлаждающего канала для изготовления пресс-форм с подходящей эффективностью охлаждения.

3D-печать на основе спекания успешно использовалась для создания жестких частей 3D-печатных форм; однако длинноволновый инфракрасный лазер и размер порошков смолы, используемых в этой технологии, создают формы с шероховатой поверхностью, что требует длительной последующей обработки, такой как шлифование и резка проволокой.

Стереолитография (SL), развивающийся процесс трехмерной (3D) печати, может значительно снизить затраты на производство пресс-форм, сохраняя при этом стандарты точности пресс-форм. Тем не менее, плохие механические и термические свойства подходящих смол ограничивают срок службы печатных форм, препятствуя их широкому использованию в промышленности. Чтобы создать жизнеспособные композитные смолы для литьевых форм для 3D-печати, в матрицу полимерной смолы были добавлены неорганические наполнители на основе кремния, такие как диоксид кремния, карбид кремния и монтмориллонит.

Похожие истории
Будущие применения 3D-печати мяса
Трансферное формование смолы (RTM) — мониторинг процесса с использованием датчиков теплового потока
Производство фенольной смолы
Более ранние исследования показали, что добавление неорганических наполнителей в готовые полимерные композиты увеличивает их вязкость в геометрической прогрессии. Кроме того, было показано, что на вязкость композитных смол сильно влияют характеристики поверхности наполнителя.

Об исследовании
В этом исследовании авторы представили подход сжигания металла в парах (VMC) для приготовления УФ-эпоксидной смолы/микрокремнезема с высоким содержанием твердого вещества и низкой вязкостью, чтобы сделать его приемлемым для SL 3D-печати. Кроме того, в качестве сравнительного использовали диоксид кремния, полученный с использованием золь-гель. Были определены жесткость (модуль Юнга) и термостойкость (температура теплового изгиба) свежеприготовленных образцов из лабораторного 3D-принтера SL.

Исследователи использовали методологию VMC для производства кремнезема микроразмера с исключительно низкой удельной площадью поверхности, чтобы решить реологические проблемы. Обе формы наполнителя были исследованы на предмет их вклада в эффективность УФ-отверждаемых смол в 3D-печати. Все тестовые образцы были созданы с использованием лабораторного 3D-принтера SL. Наконец, свежеприготовленные полимерные композиты использовались для изготовления форм для литья под давлением и вакуумного литья, и их срок службы и теплоотдача были тщательно исследованы.

Команда использовала полиэтилентерефталатную (ПЭТ) пленку в качестве сырья для создания желаемых структур с использованием оборудования для вакуумного термоформования и форм, изготовленных из свежеприготовленной смолы. Поскольку ПЭТ размягчается при температуре около 80 °C, форму нагревали до 140 °C для облегчения заполнения и повышения точности.

Наблюдения
Приготовленная УФ-эпоксидная смола/микрокремнезем имела содержание твердого вещества 60 мас.% и вязкость 1072 сП. Его модуль Юнга и температура теплового прогиба оцениваются в 9,72 ГПа и 188 ° C соответственно. Высокое содержание твердых частиц в композитах на основе смолы обеспечивает превосходную жесткость. Изготовленная модель зубов смогла сохранить точность размеров после воздействия высокого давления и температуры в течение 2 минут, что позволило более легко и точно подготовить прозрачную элайнеру. Композитная смола была усилена 60% порошком кремнезема и имела низкое значение вязкости 1076 сантипуаз и хорошую текучесть, что делало ее пригодной для использования в коммерческом 3D-принтере SL. Среди процессов полимеризации в ваннах композитные детали из отвержденной смолы имели высокое значение теплопроводности 0,44 Вт м -1 К -1 . Готовые композиты с высокой жесткостью могут соответствовать требованиям к точности материала и сроку службы для успешной работы пресс-формы.

После 1000 непрерывных циклов впрыска изготовленная пресс-форма сохранила стабильную структуру, а литые детали сохранили хорошую точность, согласно испытаниям на срок службы.

Выводы
В заключение, в этом исследовании был разработан метод изготовления индивидуальных форм с использованием SL 3D-печати модифицированного УФ-отверждаемого композита эпоксидной смолы/диоксида кремния. Было обнаружено, что SL подходит для создания формы с внутренним конформным каналом охлаждения, что привело к повышению эффективности охлаждения.

Авторы продемонстрировали, что, комбинируя материалы и конструкцию формы, можно значительно увеличить срок службы литейной формы в свежем виде и для вакуумного литья. Авторы подчеркнули, что этот метод преодолевает ограничения в характеристиках деталей, напечатанных на 3D-принтере, позволяя осуществлять прямую стереолитографическую печать форм для использования как в академических, так и в промышленных целях. Они также считают, что подходы, описанные в этом исследовании, могут позволить использовать продаваемую технологию стереолитографии для прямой печати формы.