Преобразующая сила инноваций в аддитивных материалах

Медленное, но неуклонное проникновение аддитивного производства (АП) в основную производственную среду меняет способы проектирования, производства и доставки продуктов всех видов. Развитие современных материалов способствует дальнейшему развитию отрасли, предоставляя конечным частям и продуктам улучшенные физические свойства для более эффективного использования при меньших затратах, а также более быстрой доставки и меньшего количества отходов.

По данным исследовательской компании SmarTech Analysis, полимерные технологии AM, по прогнозам, в течение следующего десятилетия проникнут во множество отраслей, а к 2030 году объем печатной продукции вырастет почти до 26 миллиардов долларов в год. , инструменты и оснастка, а также детали для конечного использования в восьми сегментах промышленности, включая автомобильную, аэрокосмическую, потребительские товары, энергетику и медицину.

В частности, наука о полимерах, связанная с разработкой аддитивных материалов для 3D-печати, по своей сути более сложна, чем наука, используемая для производства материалов для традиционного производства. Более того, сегодняшним платформам 3D-печати часто не хватает строгого контроля процесса, который имеется в системах ЧПУ и литье под давлением, что добавляет еще один уровень сложности.

Отслеживание траектории развития аддитивных материалов неразрывно связано с новыми процессами извлечения большей пользы из существующих и новых комбинаций полимеров. Комплексный взгляд на оба фактора является ключом к устранению рыночных разрывов и одновременному внедрению новых производственных инноваций.

По мере ускорения внедрения AM растет и спрос на новые и улучшенные материалы, а также на проверенные варианты использования и проверки производительности. Одним из самых больших ограничений в настоящее время является необходимость увеличения доступности более эффективных материалов. Компании, которые отдают приоритет науке о полимерах, будут одними из первых, кто революционизирует рынок, предлагая товарные смолы с добавленной стоимостью, чтобы улучшить удобство использования для более широкого круга применений.

Среди наиболее часто используемых пластиковых материалов текущие разработки ведутся с полиамидами (известными как нейлоны), термопластами ABS (акрилонитрилбутадиенстирол), PLA (полимолочная кислота) и PC (поликарбонат). Каждый из них имеет определенные преимущества и недостатки с точки зрения свойств полимера, эксплуатационных характеристик и пригодности для печати.

Многие, если не все, наиболее популярные аддитивные материалы могут быть усовершенствованы за счет усовершенствования рецептур полимеров и процессов компаундирования. Необходимы узкоспециализированные навыки управления морфологией и кристаллизацией частиц, требующие от химиков и ученых создания и повторения новых формул материалов.

Например, нейлон 6/6 — один из наиболее широко используемых коммерческих нейлонов для литья под давлением. Как высококристаллический полимер, нейлон 6/6 подвержен высокой степени усадки, поэтому его обычно используют для производства относительно небольших деталей. Однако возможность изменять кинетику кристаллизации может расширить использование этого стабильного, проверенного материала для производства более крупных форм-факторов.

Аналогичным образом, способность вызывать кристалличность в полимерах, которые обычно являются аморфными, таких как поликарбонат, открывает двери для производства этих материалов с использованием селективного лазерного спекания (SLS), который является популярной платформой 3D-печати в категории сплавления в порошковом слое. . Результатом является производство аморфного поликарбонатного материала, который демонстрирует высокую прочность и прозрачность детали из поликарбоната, полученного методом литья под давлением, но при этом гораздо более легкий форм-фактор.

Цепочка создания стоимости полимеров простирается от химического создания до рецептуры, преобразования форм-фактора, распространения и методов производства, от 3D-печати до традиционного формования, экструзии, фрезерования или порошкового покрытия. Оптимизация аддитивных материалов для всех типов производства – непростая задача.

По этой причине ученые-полимерщики выходят на неизведанные территории, чтобы улучшить прочность, пластичность, долговечность, химическую и влагостойкость, вес и устойчивость материалов, одновременно снижая затраты. Это требует тщательной координации и калибровки химии, разработки полимеров и производственных процессов для изменения архитектуры и методов создания и формирования материалов.