A descoberta de polímero dá resistência superior à areia impressa em 3D

Pesquisadores do Laboratório Nacional de Oak Ridge, do Departamento de Energia, projetaram um novo polímero para ligar e fortalecer a areia de sílica para fazer aditivos de jato, um método de impressão 3D usado por indústrias para prototipagem e produção de peças.

Permite polímero imprimível areia Estruturas com geometrias complexas e resistência excepcional – também são solúveis em água.

O estudo publicado em Nature Communications, mostra uma ponte de areia impressa em 3D que mede 6,5 cm e pode carregar 300 vezes seu peso, um feito semelhante aos 12 edifícios Empire State na ponte de Brooklyn.

o encadernador O processo de impressão a jato é mais barato e rápido do que outros métodos de impressão 3D usados ​​na indústria e permite a criação de estruturas 3D a partir de uma variedade de materiais em pó, proporcionando vantagens de custo e escalabilidade. O conceito vem da impressão a jato de tinta, mas em vez de usar tinta, a cabeça da impressora ejeta um polímero líquido para ligar um material em pó, como areia, criando um design 3D camada por camada. O polímero de ligação é o que confere resistência à areia impressa.

A equipe usou a experiência em polímeros para projetar um aglutinante de polietileno, ou PEI, que dobrou a resistência das peças jateadas em comparação com os aglutinantes convencionais.

As peças impressas por jato de ligante são inicialmente porosas quando removidas da base de impressão. Ele pode ser reforçado infiltrando o design com uma super cola adicional chamada cianoacrilato que preenche as lacunas. Esta segunda etapa proporcionou um aumento de oito vezes na resistência em relação à primeira etapa, tornando o composto de areia de polímero mais forte do que qualquer outro material de construção e qualquer material de construção conhecido, incluindo alvenaria.

“Poucos polímeros são adequados para atuar como agente de ligação para esta aplicação. Estávamos em busca de propriedades específicas, como a solubilidade, que nos dariam o melhor resultado. Nossa principal descoberta estava na estrutura molecular única do condutor PEI que o torna reativo com cianoacrilato para alcançar força excepcional ”, disse Tomonori, Saito do ORNL, Pesquisador Principal do projeto.

As peças compostas por ligantes convencionais são feitas de forma mais densa com materiais infiltrados, como a supercola, mas nenhum atingiu um nível próximo ao desempenho de um ligante PEI. A impressionante força do PEI decorre da forma como o polímero reage com o cianoacrilato durante o processamento.

Uma aplicação potencial da areia de ultra-alta resistência é o desenvolvimento de ferramentas para a fabricação de materiais compostos.

A areia de sílica é um material barato e prontamente disponível que ganhou interesse nos setores automotivo e de aviação para a produção de peças compostas. Materiais leves, como fibra de carbono ou fibra de vidro, são enrolados em torno de um núcleo de areia impresso em 3D, ou “ferramenta”, e tratados termicamente. A areia de sílica é atrativa para as ferramentas porque não muda suas dimensões quando aquecida e porque oferece uma vantagem única em ferramentas laváveis. Em aplicações de compósitos, o uso de um aglutinante solúvel em água para formar ferramentas de areia é importante porque permite uma simples etapa de lavagem com água da torneira para remover a areia, deixando uma forma composta oca.

Dustin Gilmer, MD, um estudante universitário no Tennessee Predison Center e principal autor do estudo, disse.

Os moldes e machos de fundição em areia existentes são limitados uso industrial Porque os métodos comerciais, como ferramentas de lavagem, aplicam calor e pressão que podem fazer com que as peças quebrem ou quebrem na primeira tentativa. Peças lixadas mais fortes são necessárias para apoiar a fabricação em grande escala e permitir a produção rápida de peças.

Nossa alta resistência polímero O composto de lixamento aumenta a complexidade das peças que podem ser fabricadas usando métodos de jato de aglutinante, permitindo geometrias mais complexas e expandindo as aplicações de fabricação, ferramentas e construção ”, disse Gilmer.

A capa do romance recebeu o prêmio R&D 100 de 2019 e é licenciada pelo parceiro da indústria ExOne Research.

O artigo do jornal foi publicado como “Fabricação Adicional de Estruturas Fortes de Areia de Sílica Ativadas por um Ligante de Amina de Polietileno”.