Trong một bài báo gần đây được xuất bản trên tạp chí ACS Applied Polymer Materials, các nhà nghiên cứu đã thảo luận về việc chuẩn bị các khuôn in 3D siêu cứng với loại nhựa có độ nhớt thấp và có thể bảo vệ bằng tia cực tím (UV) có hàm lượng chất độn silica cao.

Nghiên cứu: Nhựa có độ nhớt thấp với hàm lượng chất độn sillica cao để chuẩn bị khuôn siêu cứng, in 3D. Hình ảnh: Marlon Lopez MMG1 Design / Shutterstock.com

Tiểu sử

Do độ chính xác cao và thông lượng nhanh, tạo khuôn là một trong những cách gia công và kỹ thuật nhựa có giá trị nhất. Các quy trình trừ truyền thống để chuẩn bị khuôn rất tốn thời gian và tốn kém. Các nhà nghiên cứu đã tích cực tìm kiếm việc triển khai khái niệm về kênh làm mát tuân thủ để chuẩn bị khuôn mẫu với hiệu quả làm mát phù hợp.

In 3D dựa trên thiêu kết đã được sử dụng để chế tạo thành công các bộ phận cứng của khuôn in 3D; tuy nhiên, tia laser hồng ngoại sóng dài và kích thước của bột nhựa được sử dụng trong công nghệ này tạo ra khuôn có bề mặt thô, đòi hỏi quá trình xử lý sau tốn nhiều thời gian như chà nhám và cắt dây.

Stereolithography (SL), một quy trình in ba chiều (3D) mới nổi, có khả năng giảm đáng kể chi phí sản xuất khuôn trong khi vẫn đạt được các tiêu chuẩn về độ chính xác của khuôn. Tuy nhiên, chất lượng cơ học và nhiệt kém của các loại nhựa phù hợp sẽ hạn chế tuổi thọ của khuôn in, cấm chúng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp. Để tạo ra nhựa composite khả thi cho khuôn ép in 3D, chất độn vô cơ gốc silicon như silica dioxide, silicon carbide và montmorillonite đã được thêm vào ma trận nhựa polyme.

Nghiên cứu trước đó đã chỉ ra rằng việc thêm chất độn vô cơ vào vật liệu tổng hợp nhựa đã chuẩn bị sẽ tăng độ nhớt của chúng theo cấp số nhân. Hơn nữa, độ nhớt của nhựa composite đã được chứng minh là bị ảnh hưởng mạnh bởi các đặc tính bề mặt của chất độn.

Về nghiên cứu

Trong nghiên cứu này, các tác giả đã trình bày tiện ích của phương pháp đốt kim loại hóa hơi (VMC) để điều chế UV-epoxy / micro-silica với hàm lượng chất rắn cao và độ nhớt thấp, để có thể chấp nhận in SL 3D. Ngoài ra, silica được sản xuất bằng cách sử dụng sol-gel được sử dụng như một chất so sánh. Độ cứng (mô đun Young) và khả năng chịu nhiệt (nhiệt độ lệch nhiệt) của các mẫu chuẩn bị từ máy in 3D SL quy mô phòng thí nghiệm đã được xác định.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp VMC để sản xuất silica có kích thước siêu nhỏ với diện tích bề mặt riêng đặc biệt thấp nhằm khắc phục các vấn đề về lưu biến. Cả hai dạng chất làm đầy đều được nghiên cứu về những đóng góp của chúng đối với hiệu quả của nhựa có thể xử lý được bằng tia cực tím trong in 3D. Tất cả các mẫu thử nghiệm được tạo ra bằng máy in 3D SL quy mô phòng thí nghiệm. Cuối cùng, vật liệu tổng hợp nhựa đã chuẩn bị được sử dụng để chuẩn bị khuôn đúc cho khuôn ép phun và đúc chân không, và tuổi thọ sử dụng cũng như khả năng tản nhiệt của chúng đã được nghiên cứu kỹ lưỡng.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng màng poly (ethylene terephthalate) (PET) làm nguyên liệu để tạo ra các cấu trúc mong muốn bằng cách sử dụng thiết bị tạo nhiệt chân không và khuôn làm từ nhựa đã chuẩn bị. Vì PET mềm ở khoảng 80 ° C, khuôn được làm nóng lên đến 140 ° C để tạo điều kiện điền đầy và nâng cao độ chính xác.

Quan sát

UV-epoxy / micro-silica đã chuẩn bị có hàm lượng rắn 60% trọng lượng và độ nhớt 1072 cps. Mô đun của It Young và nhiệt độ lệch nhiệt được ước tính lần lượt là 9,72 GPa và 188 ° C. Thành phần rắn chắc cao của vật liệu tổng hợp nhựa đảm bảo độ cứng tuyệt vời. Mô hình răng được sản xuất có thể giữ độ chính xác về kích thước sau khi chịu áp suất và điều kiện nhiệt độ cao trong 2 phút, điều này cho phép chuẩn bị dễ dàng và chính xác hơn một dụng cụ định hình răng trong suốt.

Composite nhựa được tăng cường với 60% bột silica và có giá trị độ nhớt thấp là 1076 cps và tính lưu động tốt, làm cho nó phù hợp để sử dụng với máy in 3D SL thương mại. Trong số các quá trình polyme hóa thùng, các bộ phận composite của nhựa đóng rắn có giá trị dẫn nhiệt cao là 0,44 W m ^-1 K ^-1 . Vật liệu tổng hợp có độ cứng cao được chuẩn bị sẵn có thể đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác của vật liệu và tuổi thọ sử dụng để tạo ra hiệu suất khuôn phun thành công.

Sau 1000 chu kỳ phun liên tục, khuôn được chế tạo duy trì cấu trúc ổn định và các bộ phận được bơm vào duy trì độ chính xác tốt, theo thử nghiệm tuổi thọ.

Kết luận

Kết luận, nghiên cứu này đã nghĩ ra một phương pháp chế tạo khuôn tùy chỉnh bằng cách sử dụng phương pháp in SL 3D của hỗn hợp nhựa epoxy / silica có thể xử lý được bằng tia cực tím đã được sửa đổi. SL được cho là thích hợp để tạo khuôn có kênh làm mát bên trong khuôn, dẫn đến hiệu quả làm mát được nâng cao.

Các tác giả đã chứng minh rằng bằng cách kết hợp vật liệu và thiết kế khuôn, tuổi thọ của khuôn đúc chân không và phun đã chuẩn bị sẵn có thể được tăng lên đáng kể. Các tác giả nhấn mạnh rằng kỹ thuật này khắc phục được những hạn chế về đặc tính của các bộ phận được in 3D, cho phép in khuôn lập thể trực tiếp để sử dụng trong cả ứng dụng học thuật và công nghiệp. Họ cũng tin rằng các phương pháp được mô tả trong nghiên cứu này có thể cho phép sử dụng công nghệ in lập thể trên thị trường để in trực tiếp khuôn.

(Nguồn: pubs.acs.org)

 

Cảm ơn đã theo dõi hết bài viết!!!