연속 섬유 3D 프린팅을 위한 UV 경화 열경화성 수지의 상용화

CF3D 기술은 스냅 경화 열경화성 재료를 사용하여 높은 비용, 긴 리드 타임 및 설계 제약을 줄입니다. 사진 제공:연속 합성물

2020년 9월, 연속 섬유 3D 프린팅 전문업체인 Continuous Composites(미국 아이다호주 Coeur d'Alene)는 Sartomer 사업 라인을 통해 특수 재료 회사 Arkema(프랑스 Colombes)와 전략적 파트너십을 발표하여 Continuous Composites의 특허를 받은 Continuous Fiber 3D를 결합한다고 발표했습니다. Arkema의 광경화성 N3xtDimension 수지 솔루션을 사용한 (CF3D) 인쇄 기술. 이 결합으로 다양한 응용 분야와 산업의 요구 사항에 맞는 고급 재료 솔루션 라이브러리의 개발, 인증 및 상용화가 이루어질 것으로 예상됩니다.

이 공식 파트너십은 Arkema Worldwide의 3D 프린팅 수석 이사인 Dr. Sumeet Jain이 연속 복합 재료를 알게 되었고 회사가 개발 중인 프린팅 프로세스에서 기회를 보았을 때 2015년에 처음 시작된 관계에서 성장했습니다. Continuous Composites의 CEO인 Tyler Alvarado에 따르면, 파트너십은 자연스럽습니다. "그[Jain]는 광경화성 열경화성 수지를 발전시킬 기회를 보았고 우리가 사용하고 있는 폴리머에 수십 년의 경험이 있음을 보았습니다."

2019년까지 두 회사는 공동 개발 계약을 체결했으며 2020년 초 Arkema는 9월에 발표된 전략적 파트너십과 함께 Continuous Composites의 지분을 인수했습니다. “우리는 파트너십과 두 팀 모두가 달성할 수 있었던 결과에 대해 매우 기쁘게 생각합니다. 1 더하기 1이 3이 되는 것 중 하나이며, 복합 재료 공간뿐 아니라 광경화성 열경화성 수지에 대한 경험을 실제로 활용합니다.”라고 Alvarado는 말합니다.

연속 섬유 3D 프린팅으로 광경화성 수지 연결

오늘날 Arkema의 고급 재료 부문은 열경화성 수지 및 열가소성 수지를 비롯한 다양한 재료와 복합 재료 내에서 3D 프린팅 및 보다 전통적인 제조 공정을 포함한 많은 공정 및 응용 분야에 걸쳐 지점을 보유하고 있습니다. 글로벌 3D의 Sartomer R&D 이사인 Jeffrey Klang에 따르면 Sartomer 비즈니스 라인은 다양한 시장을 위한 특수 아크릴레이트 및 메타크릴레이트에 중점을 두고 있으며 수십 년 동안 코팅, 접착제 및 3D 프린팅 필라멘트 형태의 UV 경화성 재료를 제공하고 있습니다. 인쇄 팀.

OOA(out-of-autoclave)인 CF3D 인쇄 시스템을 보완하기 위해 스냅 경화 수지 및 연속 섬유 사용을 기반으로 하는 확장 가능한 3D 인쇄 기술(자세한 설명 읽기:"연속 섬유가 있는 3D 인쇄 복합 ”), Continuous Composites는 항공 우주에서 에너지, 방위 산업에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 고객의 고성능 기계적 요구 사항을 충족하는 수지 카탈로그가 필요했습니다. Alvarado는 "우리의 비즈니스 모델은 기계, 해당 소프트웨어 및 수지를 제공하여 이러한 고객이 특정 산업 응용 분야에서 추구하는 모든 구성 요소를 제조할 수 있도록 하는 것입니다."라고 말합니다.

유리 전이 온도(T_g ) 및 화재, 연기 및 독성(FST)으로 인해 열경화성 수지에 중점을 두었지만 Alvarado는 CF3D 기술이 열가소성 수지도 사용할 수 있다고 언급합니다. "우리의 핵심 역량은 건조하고 연속적인 섬유를 취한 다음 스냅 경화(이 경우 UV 경화) 수지를 함침시키는 것입니다."라고 그는 말합니다. “우리는 복합 구조가 자유로운 형태로 형성되도록 하는 이 스냅 경화 열경화성 접근 방식에 집중하고 있으며, 이를 통해 연속 섬유의 이방성 특성을 활용하고 매우 가볍고 매우 가벼운 이러한 복잡한 유기 기하학을 생성할 수 있습니다. 강한. 우리는 섬유 함량이 매우 높고 다공성이 낮은 고품질 복합 라미네이트를 생산할 수 있습니다.”

Arkema 플랫폼이 새로 출시한 3D 프린팅 솔루션의 일부인 Sartomer의 N3xtDimension 액체 수지는 탄소 및 유리 섬유에서 Dyneema 및 아라미드에 이르는 구조 섬유와 결합되어 이상적인 조합이 입증되었으며 회사는 현재 UV 라이브러리를 개발하기 위해 노력하고 있습니다. - 다양한 기계적 특성 요구 사항을 충족하는 경화성 수지.

수지의 기계적 특성 외에도 최종 부품에서 열 경화가 필요하지 않으므로 CF3D의 가장 혁신적인 두 가지 기능인 빠른 인쇄 속도와 야외에서 지원되지 않는 인쇄 기능이 가능합니다. Alvarado는 다음과 같이 말합니다. 그 재료를 단단하게 할 수 있고 지지 재료 없이도 모양을 취할 수 있습니다.” 이를 통해 금형 및 툴링 구입과 관련된 비용과 리드 타임이 제거되고 툴링을 중심으로 설계해야 하는 설계 제약이 제거됩니다. "이제 이러한 섬유를 다양한 방향으로 조정할 수 있습니다. ... 지원되지 않는 인쇄 기능을 사용하면 큰 간격에 걸쳐 정말 독특한 오버행 형상을 만들 수 있습니다."라고 그는 말합니다.

또한 CF3D는 "매우 안정적인 기계이며... 기존의 열가소성 기계보다 훨씬 빠르게 인쇄합니다."라고 Alvarado는 말합니다. 이러한 속도는 라미네이트 내 온도 구배 관리 및 뒤틀림(열가소성 수지보다 열경화성 수지 사용으로 인해)과 같은 문제를 제거하고 시스템이 가열 프로세스(UV 사용으로 인해)에 의해 제한되지 않음으로써 가능합니다. 광중합).

그는 인쇄 속도에 두 가지 변수가 있다고 덧붙였습니다. 재료 경화와 인쇄 정확도입니다. “문제는 수지가 아닙니다. 그들은 제 시간에 치료합니다. 기계가 병목 현상입니다.”라고 그는 말합니다. 그는 모션 플랫폼으로서의 로봇은 원래 A 지점에서 B 지점으로의 픽 앤 플레이스 이동을 반복하도록 설계되었지만 반드시 3D 프린팅과 관련된 정확성을 위한 것은 아니라고 말했습니다. "우리 팀은 실제로 3D 프린팅 시스템의 기본 모션 플랫폼 제어로 CNC 컨트롤러를 자체적으로 통합하여 포인트를 정확하고 반복적으로 이동할 수 있도록 개발했습니다. 이를 통해 프린팅 속도를 크게 높일 수 있습니다. 지금 당장”이라고 말한다. Continuous Composites는 CNC 컨트롤러를 사용하여 내년에 시스템의 인쇄 속도를 최대 3배까지 높일 계획입니다.

그러나 모든 혁신과 마찬가지로 Sartomer의 Klang에 따르면 Sartomer의 UV 경화성 수지 기술을 고성능 및 구조적 응용 분야로 이전하는 것과 관련된 문제가 있었습니다. 예를 들어, 초점 영역 중 하나는 온도 저항을 증가시키는 것입니다. "우리는 거의 230°C에 가깝습니다"라고 그는 말합니다.

Arkema의 Jain은 다음과 같이 덧붙입니다. “이 파트너십을 통해 우리는 복합 재료 제조 방식을 변경하기 위해 아래에서 위로 작업하고 있습니다. 이것은 사소한 일이 아닙니다. 우리는 이미 4년 동안 함께 일했고 이제 막 시작했습니다."