CAMX 2018 하이라이트: 열경화성 3D 프린팅 주요 발전

열경화성 3D 프린팅

CW는 열가소성 수지를 사용한 복합재 3D 프린팅을 광범위하게 보도해왔습니다. 하지만 작년부터 열경화성 수지(연속 섬유 포함, 2018년 5월 블로그, 9월 블로그 참조)를 사용한 프린팅이 성장하는 것을 목격했습니다. 이 트렌드는 더욱 성장할 태세이며, 오크리지 국립연구소(ORNL)가 CAMX 및 ACE 어워드 구역에서 대형 열경화성 프린팅을 전시했습니다. 매그넘 비너스 프로덕츠(MVP)와 협력하여 개발된 대형 열경화성 프린팅 시스템 '서모봇(THERMOBOT)'은 16 x 8 x 3.4피트 빌드 볼륨을 가집니다. 층간 완전 가교되는 반응성 폴리머를 사용하여 서모봇 기술은 부분적으로 융합된 열가소성 층 대비 더 높은 강도의 프린팅 부품을 생산한다고 주장합니다. 원료 비용도 50% 낮을 것으로 추정됩니다. 지금까지 모든 시험은 폴린트-라이히홀드의 비닐에스테르 시스템을 사용했으며, 이는 ORNL과의 기업 연구개발 계약(CRADA)에 기반합니다.

서모봇 기술의 한 전략(위 이미지 참조)은 가변 밀도 셀룰러 허니컴 구조를 프린팅하여 애플리케이션별로 맞춤화된 고하중 경량 구조를 생산하는 것입니다. 그 결과 더 적은 소재, 시간, 에너지, 비용으로 더 빠른 프린팅과 더 높은 강도 구조를 얻을 수 있으며, 이는 현재까지 하중 적응형 허니컴 구조를 실현하는 가장 비용 효율적인 방법일 수 있습니다. 이는 진화적 경량 구조 엔지니어링(ELiSE, 2016년 블로그 참조)이 소개한 생체 모방 설계 접근법입니다. MVP는 상용화 계획을 추진 중이며 문의를 환영합니다.

3D 프린팅 금형, 다시 진화

폴린트-라이히홀드, 신시내티 Inc., 트루디자인(TruDesign, 미국 테네시주 녹스빌)과 협력하여 3D 프린팅 복합재 금형의 또 다른 도약을 전시했습니다. CAMX에서 전시된 발전은 솔리드 서브구조가 아닌 격자형 코어로 금형을 프린팅하는 것으로, 프린팅 시간, 소재, 비용을 줄입니다. 실제 금형 표면은 3D 프린팅된 격자에 TD 코트 RT(고빌드, 상온 코팅)를 분사하여 최종 치수와 디테일을 가공함으로써 달성됩니다. 이 코팅은 MVP 분무 장비로 도포되며 트루디자인에서 상업적으로 구매 가능합니다. 특히 이 코팅은 열경화성 표면을 열가소성 프린팅 기판에 결합하고, 진공 무결성을 위한 표면 실링, 프린팅 복합재의 기계 방향과 Z 방향 간 열팽창 계수(CTE) 차이(일반적으로 20% 탄소섬유 강화 ABS)를 처리합니다. 그렇지 않으면 온도 변화가 금형 표면 변화를 일으킬 수 있습니다. 위 금형 세그먼트는 AES(오하이오주 애크론)가 신시내티 Inc. BAAM 머신으로 프린팅했습니다.

L&L, 자동차용 풀트루전 구조 제공

L&L 프로덕츠가 폴리우레탄 수지를 사용한 연속 복합재 시스템(CCS) 풀트루전을 출시했습니다. 사이드 실, 크래시 구조 등 자동차 응용 분야를 겨냥하며, 필요한 강성을 위해 벌크헤드가 필요한 기존 금속 구조를 대체하여 강철 대비 75% 경량, 알루미늄 대비 30% 경량을 경제적 가격에 제공합니다. 연속 섬유 프로파일에는 유리섬유를 사용한 CCS 세트, 유리와 탄소섬유 맞춤 혼합의 CCS 하이브리드, 탄소섬유만 사용한 CCS 익스트림이 포함됩니다. 이 복합재는 L&L의 잘 알려진 접착제와 연속 공정의 일부로 결합되어 제조 비용과 납기를 추가로 단축할 수 있습니다. L&L 접착제는 소음, 진동, 거칠기(NVH) 문제 완화에도 사용됩니다. 자동차 외에도 CCS 제품은 풍력 터빈 블레이드 스파 캡, 산업 및 건축 응용 분야도 겨냥합니다.

L&L은 다중 소재 자동차 바디용 토크 유지 격리 TRI-실(TRi-seal) 제품도 전시했습니다. 팽창성 실란트 소재에 알루미나(Al₂O₃, 산화알루미늄) 구슬을 추가하여 클램프 힘을 지지해 토크를 유지하면서 이종 소재 간 격리로 갈바닉 부식을 방지하고 물, 공기, 먼지 침입을 밀봉합니다. 건식 응용용 열접착형 또는 압력 감응형 태키 타입 모두 가능하며, 이종 소재 인터페이스, 볼트/리벳 체결부, 도어/후드/리프트게이트 힌지에 사용 가능합니다.

오웬스 코닝, 3D 프린팅 필라멘트 생산

엑스스트랜드(XSTRAND) 3D 프린팅 필라멘트가 자사의 절단 유리섬유와 폴리아미드 6(PA6 나일론) 또는 폴리프로필렌(PP) 폴리머를 사용하여 개발되었습니다. 왜 유리섬유인가? "더 잘 프린팅되고, 더 나은 마감과 물성을 가지며, 우리가 각 폴리머 유형에 최적화된 파이버 사이징으로 더 나은 솔루션을 엔지니어링했기 때문에 절단 탄소섬유보다 낫습니다."라고 오웬스 코닝 제품 전문가 제이 양(Jay Yang)은 설명합니다. 그는 최적화된 폴리머, 섬유, 사이징 시스템 개발에 상당한 제품 개발과 소재 선정이 필요했다고 언급합니다. "이것은 사소하지 않으며 2년간 많은 R&D 작업이 필요했습니다." 양은 더 높은 온도와 특수 폴리머를 사용하는 제품 변형도 파이프라인에 있다고 말합니다.

Tg 250°C 초과 폴리에스터 수지

ATSP 이노베이션(ATSP Innovations, 미국 일리노이주 샴페인)은 어바나-샴페인 일리노이 대학에서 스핀오프한 스타트업으로, 에스테름(Estherm) 아로마틱 열경화성 폴리에스터(ATSP) 수지를 개발했습니다. 이 보고된 새로운 코폴리에스터 클래스는 일반적인 폴리에스터나 평균 습식 레이업 에폭시 수지보다 높은 성능을 제공합니다:

인장 강도 95 MPa, 인장 탄성률 4.2 GPa, 압축 탄성률 4.9 GPa, 압축 강도 304 MPa

하지만 폴리에스터와 비닐에스테르가 각각 140°C, 160°C에서 최대 서비스 온도에 도달하고, 에폭시가 200°C 이전에 최대 서비스 온도에 도달하는 것과 달리, 더 높은 온도 능력(Tg>250°C)을 자랑합니다. 이는 실제로 페놀릭(148-260°C), 비스말레이미드(200-282°C), 폴리이미드(260-316°C) 수지 시스템과 더 일치합니다. 회사는 매우 낮은 수분 흡수, 산화 안정성, 쉬운 가공성(저분진), 필러 없이 낮은 인화성(산소 지수 40%, 페놀릭보다 높음), 열가소성 유사한 재활용성 등 추가 이점도 주장합니다.

실제로 L&L 프로덕츠 LF610 재형성 가능 에폭시 접착제와 유사하게, 이 아로마틱 열경화성 코폴리에스터를 접착제(상표명 셀프-본드)로 제형화하면 열과 압력으로 접착과 탈접착을 각각 반복할 수 있으며, 50회 반복 후에도 강도 손실이 없습니다. ATSP 이노베이션은 이것이 사슬간 트랜스에스테르화 반응(interchain transesterification reaction)이라는 고체 상태 결합 공정 덕분이라고 설명합니다. 에스테름과 셀프-본드는 특정 고객 요구에 맞게 조정 가능한 드롭인 솔루션으로, 다양한 제품 형태로 제공됩니다. ATSP 이노베이션은 복합재 및 폼 가공, 마찰학적 및 극저온 코팅에 대한 소재 연구를 발표했습니다. 소재는 2011년부터 개발되었으며, ATSP 이노베이션은 최근 NASA 후원 1단계 SBIR 프로젝트 '우주 조립을 위한 가역적 접착 개념'의 2단계 후속 과제를 수여받았습니다.

진공 백 경화용 IoT

루이즈 에어로스페이스(Ruiz Aerospace, 캐나다 퀘벡주 라발)가 센서와 인터넷 연결이 내장된 테르비아 허브(TERVIA Hub)를 개발했습니다. 이는 허브에 연결된 진공 포트에서 데이터를 수집하고 와이파이를 통해 전화, 태블릿, PC로 데이터를 교환할 수 있게 합니다. 프로브는 진공 백 하부의 대기압, 진공, 온도, 습도를 수집하고 경화 내내 이 데이터를 테르비아 허브를 통해 클라우드로 전송합니다. 이 시스템은 툴과 진공 백 설정의 자동 누출률 테스트 실행에 사용될 수 있습니다. 또한 경화 내내 제조 파라미터를 표시하고 기록합니다. 프로그래밍된 시간-온도 레시피 대비 경화 진행 상황을 표시하고, 경화 파라미터 충족 또는 임계 온도 도달 시 SMS/이메일 알람을 보냅니다. 본질적으로 열 적용 메커니즘 없는 핫 본더 시스템 역할을 합니다. 그러나 허브 1,000달러 미만, 진공 프로브 3개 99달러, 고급 소프트웨어 라이선스 월 39달러 구독료(무료 및 더 비싼 맞춤형 옵션도 있음)로 총 올인 비용이 훨씬 저렴합니다.

CAMX에서 공개된 새로운 개발에 대한 더 많은 블로그를 기대해 주세요.