قابلیت چاپ رزین هیدروژنه DCPD در چاپ سه بعدی چگونه است؟

پرینت سه بعدی به عنوان یک فناوری انقلابی در دهه های اخیر ظهور کرده است و فرآیندهای تولید را در صنایع مختلف متحول کرده است. از خودرو گرفته تا هوافضا، پزشکی تا کالاهای مصرفی، پرینت سه بعدی انعطاف پذیری، دقت و کارایی بی نظیری را در ایجاد هندسه های پیچیده ارائه می دهد. از آنجایی که تقاضا برای مواد پیشرفته مناسب برای پرینت سه بعدی رو به رشد است، محققان و فرمول سازان مواد به طور مداوم در حال بررسی پلیمرهای جدید و افزودنی های کاربردی با خواص پیشرفته هستند. یکی از این مواد که توجه قابل توجهی را به خود جلب کرده است، رزین DCPD هیدروژنه است. به عنوان یک تامین کننده پیشرو رزین هیدروژنه DCPD، ما هیجان زده هستیم که نقش این ماده نوآورانه را در قلمرو چاپ سه بعدی بررسی کنیم.

آشنایی با رزین DCPD هیدروژنه

قبل از اینکه کاربردهای آن را در پرینت سه بعدی بررسی کنیم، اجازه دهید ابتدا بفهمیم که رزین DCPD هیدروژنه چیست. DCPD یا دی سیکلوپنتادین یک دایین حلقوی بسیار واکنش پذیر است که معمولاً از فرآیندهای کراکینگ نفتی به دست می آید. رزین DCPD هیدروژنه با هیدروژنه کردن کاتالیستی رزین DCPD تولید می‌شود، فرآیندی که پیوندهای دوگانه غیراشباع در ساختار پلیمر را اشباع می‌کند. این فرآیند هیدروژناسیون چندین ویژگی مطلوب را به رزین می بخشد، از جمله پایداری اکسیداتیو عالی، مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش، شفافیت سفید آب، و نقطه نرم شدن بالا (معمولاً 100 درجه سانتی گراد تا 140 درجه سانتی گراد).

رزین DCPD هیدروژنه به دلیل سازگاری عالی خود با طیف وسیعی از پلیمرهای ترموپلاستیک، کوپلیمرهای بلوک الاستومری و ترکیبات فرمولاسیون آبگریز شناخته شده است که آن را به یک اصلاح کننده همه کاره برای کاربردهای مختلف تبدیل می کند. این به طور گسترده ای در چسب های ذوب داغ، چسب های حساس به فشار، پوشش های تخصصی، ترکیب لاستیک و اصلاح پلیمر استفاده می شود، جایی که ترکیب منحصر به فرد آن از وزن مولکولی کم و پایداری حرارتی سیالیت پردازش و عملکرد محصول نهایی را افزایش می دهد.

مهم است که روشن شود که رزین DCPD هیدروژنه یک رزین چسبنده ترموپلاستیک است، نه یک رزین قابل درمان با نور. برخلاف رزین‌های چاپ سه‌بعدی SLA/DLP که پس از قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش تحت فتوپلیمریزاسیون شیمیایی قرار می‌گیرند، رزین DCPD هیدروژنه به خودی خود قابلیت پخت UV را ندارد. نقش آن در چاپ سه بعدی در درجه اول به عنوان یک اصلاح کننده عملکردی یا افزودنی فرآیند است - نه به عنوان یک ماده ماتریس چاپ مستقل.

نقش رزین DCPD هیدروژنه در مواد چاپ سه بعدی

کاربرد رزین DCPD هیدروژنه در پرینت سه بعدی اساساً با مونومرهای قابل درمان عکس متفاوت است. رزین DCPD هیدروژنه به‌جای اینکه به‌عنوان ماده اولیه ساختمانی باشد، به‌عنوان یک افزودنی عملکردی با کارایی بالا عمل می‌کند که جریان پردازش، پایداری ابعادی و عملکرد لایه‌ای سیستم‌های مواد چاپ سه‌بعدی موجود را افزایش می‌دهد. وزن مولکولی کم، مقاومت حرارتی عالی و ساختار سیکلولیفاتیک منحصر به فرد آن را به ویژه در فناوری های اصلی چاپ سه بعدی موثر می کند:

مدل سازی رسوب ذوب شده (FDM) - به عنوان یک اصلاح کننده جریان مذاب و تنش-آرامش، رزین DCPD هیدروژنه می تواند به رشته های ترموپلاستیک مانند PLA، ABS و PP در سطوح اضافه توصیه شده 3 تا 12 درصد ترکیب شود. ویسکوزیته مذاب را کاهش می دهد، جریان اکستروژن را صاف می کند و پنجره دمای پردازش را گسترش می دهد. تحقیقات بر روی ترکیب رزین های پلی پروپیلن/هیدروکربن برای پرینت سه بعدی اکستروژن مواد نشان داده است که افزودن رزین های هیدروکربنی آمورف با وزن مولکولی کم شروع کریستالیزاسیون پلیمر را به تاخیر می اندازد، به کاهش تجمع استرس پسماند کمک می کند و قابلیت چاپ کلی را بهبود می بخشد.

استریولیتوگرافی (SLA) و پردازش نور دیجیتال (DLP) - به عنوان یک افزودنی کاهش انقباض حجمی در سیستم‌های سازگار سازگار با رزین آبگریز، رزین DCPD هیدروژنه در سطوح توصیه شده 3 تا 10 درصد وزن کل سیستم ترکیب می‌شود. کنترل افزودن رزین نفتی هیدروژنه سیکلوآلیفاتیک به زنجیره‌های با وزن مولکولی کم این امکان را می‌دهد تا شکاف‌های حجم آزاد بین مولکول‌های رزین ماتریکس را پر کنند و به طور موثر انقباض حجمی ناشی از پلیمریزاسیون را در طول پخت UV کاهش دهند.

تف جوشی لیزری انتخابی (SLS) - رزین DCPD هیدروژنه به عنوان یک اصلاح کننده جریان و مرطوب کننده بالقوه برای پودرهای پلیمری انتخابی کم ذوب، با هدف بهبود خیس شدن بستر پودر و ادغام مذاب در حین تف جوشی لیزری مورد بررسی قرار می گیرد.

بیایید بررسی کنیم که رزین DCPD هیدروژنه در هر یک از این جنبه ها چگونه عمل می کند.

ویسکوزیته و جریان پذیری

ویسکوزیته یک ویژگی مهم است که رفتار جریان یک پلیمر را در طول فرآیند چاپ سه بعدی تعیین می کند. برای کاربردهای FDM، یک ماده رشته ای با ویسکوزیته مذاب بهینه شده به آرامی از نازل باریک چاپگر عبور می کند و اکستروژن یکنواخت و رسوب لایه دقیق را امکان پذیر می کند. برعکس، ویسکوزیته مذاب بیش از حد بالا می تواند باعث گرفتگی نازل، فشار برگشتی و خطوط ناهموار لایه شود.

رزین DCPD هیدروژنه، به عنوان یک رزین هیدروکربنی با وزن مولکولی کم، ویژگی های رقیق شدن مذاب عالی را در دماهای بالا نشان می دهد. هنگامی که در ماتریس های پلیمری PLA یا نیمه کریستالی در سطوح بارگذاری مناسب ترکیب می شود، به طور قابل توجهی شاخص جریان مذاب (MFI، ASTM D1238) را افزایش می دهد، گشتاور اکستروژن را کاهش می دهد و خطرات انسداد نازل را به حداقل می رساند. خصوصیات رئولوژیکی مخلوط‌های رزین گرمانرم/هیدروکربن، ماهیت نازک شدن برشی بارز این سیستم‌ها را تایید کرده‌اند. ساختار سیکلوالیفاتیک کاملاً اشباع آن از تخریب حرارتی و اتصال عرضی در دمای چاپ بالا جلوگیری می کند و ویسکوزیته مذاب ثابت را در طول دوره های طولانی چاپ تضمین می کند.

رفتار درمان و کنترل انقباض

در سیستم های رزین قابل درمان برای SLA و DLP، انقباض پخت حجمی یک چالش شناخته شده است که منجر به تنش داخلی، تاب برداشتن قطعات و عدم دقت ابعاد می شود. رزین DCPD هیدروژنه به این موضوع به عنوان یک افزودنی غیر واکنشی کاهنده انقباض پرداخته است.

رزین DCPD هیدروژنه به جای شرکت در واکنش فوتوپلیمریزاسیون، به عنوان یک جزء فیزیکی غیر واکنشی عمل می کند که حجم آزاد درون ماتریس پلیمری را اشغال می کند و به کاهش تنش انقباضی ناشی از پلیمریزاسیون کمک می کند. هنگامی که در فرمولاسیون های سازگار با آکریلات با قطبیت پایین یا فوتوپلیمر هیبریدی در سطوح بارگذاری بهینه (معمولاً 3٪ تا 10٪) گنجانده می شود، زنجیره های سیکلولیفاتیک فشرده آن فضاهای خالی بین مولکولی بین واحدهای مونومر در حال واکنش را پر می کند. این محدودیت فیزیکی انقباض حجمی کلی را که با تشکیل پیوندهای کووالانسی در طول قرار گرفتن در معرض رخ می دهد، کاهش می دهد.

انتخاب وزن مولکولی در این برنامه بسیار مهم است. درجات با توزیع وزن مولکولی باریک بهترین تعادل عملکردی را ارائه می دهند - درهم تنیدگی زنجیره ای کافی برای قفل شدن در پایداری ابعادی بدون ایجاد جدایی زودهنگام میکروفاز یا تأخیر بیش از حد سینتیک فوتوپلیمریزاسیون. در فرمول‌های سازگار با اشعه ماوراء بنفش، افزودن رزین DCPD هیدروژنه با وزن مولکولی کم در سطوح توصیه‌شده نشان داده شده است که به طور موثر انقباض پلیمریزاسیون را کاهش می‌دهد و در عین حال عملکرد پخت قابل قبول و شفافیت نوری را حفظ می‌کند.

دقت ابعادی و کیفیت چاپ

ویژگی‌های تنش-آرامش و انقباض کم ارائه شده توسط رزین DCPD هیدروژنه تضمین می‌کند که اجسام چاپی وفاداری هندسی وفاداری را در طول خنک‌سازی یا پس از پخت با اشعه ماوراء بنفش حفظ می‌کنند.

در کاربردهای FDM، رزین DCPD هیدروژنه، چسبندگی بین لایه ای (عملکرد محور Z) را با افزایش تحرک زنجیره پلیمری در رابط مذاب بین مسیرهای تازه اکسترود شده بهبود می بخشد. تحقیقات نشان داده است که ترکیب رزین های هیدروکربنی با ترموپلاستیک های نیمه کریستالی، سینتیک کریستالیزاسیون را به تأخیر می اندازد، به آزادسازی تنش های حرارتی داخلی ایجاد شده در طول خنک سازی کمک می کند و به طور قابل توجهی تاب خوردگی، پیچ خوردگی و تغییر شکل لبه ها را کاهش می دهد. با پر کردن فضاهای خالی سطح میکروسکوپی و از بین بردن تنش انقباض حرارتی در حین خنک شدن قطعه، به طور موثری عیوب رایج مانند تاب برداشتن گوشه، بلند کردن بستر و لایه برداری لایه را به حداقل می رساند.

در سیستم‌های SLA/DLP، افزودن کنترل‌شده رزین DCPD هیدروژنه به ایجاد تنش انقباض داخلی در قسمت سبز کمک می‌کند و از ایجاد ترک‌های ریز در هندسه‌های ظریف جلوگیری می‌کند و تحمل ابعادی نهایی را بهبود می‌بخشد.

خواص مکانیکی و پایداری حرارتی

هنگام ارزیابی قطعات پرینت سه بعدی، متعادل کردن قابلیت پردازش با یکپارچگی مکانیکی ضروری است. رزین DCPD هیدروژنه، هنگامی که به عنوان یک کمک پردازش بهینه استفاده می شود، به طور مثبت به مشخصات عملکرد کلی مواد اصلاح شده کمک می کند.

رزین DCPD هیدروژنه به لطف ساختار حلقه‌ای کاملاً اشباع شده، مقاومت حرارتی و پایداری اکسیداتیو فوق‌العاده‌ای را ارائه می‌کند (با حداقل تغییر رنگ تا 180 درجه سانتی‌گراد). در ترکیبات فیلامنتی FDM، چارچوب ساختاری سفت و سخت پلیمرهای پایه را حفظ می‌کند و در عین حال همگنی مذاب را بهبود می‌بخشد، به حفظ یکپارچگی کششی و مقاومت در برابر ضربه بدون کاهش شدید دمای انحراف حرارتی (HDT) در زمانی که در آستانه‌های دوز توصیه‌شده قرار می‌گیرد، کمک می‌کند.

مزایای استفاده از رزین DCPD هیدروژنه در پرینت سه بعدی

شیمی سیکلوآلیفاتیک منحصر به فرد رزین DCPD هیدروژنه چندین مزیت پردازش واضح و فیزیکی را به عنوان یک افزودنی کاربردی ارائه می دهد:

وفاداری چاپ بالا: سیالیت مذاب عالی و کنترل انقباض، وضوح ویژگی های خوب، پوشش سطح صاف و تعاریف لبه های تیز را امکان پذیر می کند.

پایداری ابعادی پیشرفته: تاب حرارتی در پرینت‌های FDM و اعوجاج پس از پخت در قطعات فوتوپلیمر را به حداقل می‌رساند و آن را برای ساختارهای دیواره نازک و اجزای پیچیده ایده‌آل می‌کند.

مقاومت عالی در برابر حرارت و اشعه ماوراء بنفش: ستون فقرات کاملاً هیدروژنه شده شفافیت سفید مایل به آب، زردی کم در شرایط پس از عمل آوری اشعه ماوراء بنفش و پایداری حرارتی بالا در طول فرآیند مذاب را تضمین می کند.

مقرون به صرفه بودن پردازش: به عنوان یک اصلاح کننده جریان و انقباض کارآمد عمل می کند و به فرمول سازان اجازه می دهد تا ماتریس های رزین برتر را با توان عملیاتی و بازدهی بهبود یافته بهینه کنند.

کاربرد رزین DCPD هیدروژنه در مواد چاپ سه بعدی

رزین DCPD هیدروژنه با توجه به ویژگی‌های چندمنظوره‌اش در اصلاح ویژگی، در چندین فرمول چاپ سه‌بعدی مناسب کاربرد پیدا می‌کند:

اصلاح ترکیب رشته ای FDM: در سطوح توصیه شده (3٪ تا 12٪) در طول اکستروژن دو پیچی رشته های PLA، ABS و PP برای افزایش جریان مذاب، کاهش نیازهای دمای چاپ، و تقویت اتصال لایه میانی محور Z اضافه شده است.

فرمولاسیون فتوپلیمر SLA/DLP با انقباض کم: در 3 تا 10 درصد به عنوان یک افزودنی فیزیکی غیر واکنشی در فتوپلیمرهای صنعتی تخصصی برای کاهش انقباض حجمی و بهبود تحمل ابعادی در مدل‌های نمونه استفاده می‌شود.

SLS Powder Flow & Coalescence Aid: در حال حاضر تحت اکتشاف به عنوان یک تیمار سطحی بالقوه یا افزودنی اختلاط خشک برای انتخاب پودرهای پلیمری الاستومری یا کم ذوب برای افزایش تسطیح بستر پودر و ادغام تف جوشی لیزری است.

نمونه سازی عملکردی و جیگ: مواد اصلاح شده تولید سریع نمونه های اولیه عملکردی با دقت بالا، الگوهای اصلی و وسایل مونتاژی را که نیاز به تحمل ابعادی دقیق و زیبایی سطح صاف دارند را امکان پذیر می کند.

مقایسه با رزین های دیگر در پرینت سه بعدی

برای درک بهتر مزایای رزین DCPD هیدروژنه در پرینت سه بعدی، بیایید آن را با سایر رزین های معمولی مانندرزین نفتی هیدروژنه C9،رزین آلیفاتیک C5،رزین هیدروکربنی C5، ورزین هیدروکربنی C9.

رزین نفتی هیدروژنه C9:

سازگاری پلیمری و پایداری حرارتی خوبی را ارائه می دهد. با این حال، ساختار معطر هیدروژنه آن پارامترهای حلالیت متفاوتی را در مقایسه با رزین DCPD ایجاد می کند. رزین DCPD هیدروژنه به طور کلی شفافیت بهتر و تاثیر ویسکوزیته کمتر را در سیستم های پلیمری آلیفاتیک و سیکلوآلیفاتیک نشان می دهد.

رزین آلیفاتیک C5:

انعطاف پذیری و چسبندگی را در سیستم های چسب فراهم می کند. با این حال، رزین C5 غیرهیدروژنه حاوی پیوندهای دوگانه غیراشباع است که مستعد اکسیداسیون حرارتی و زرد شدن در دمای پرینت سه بعدی بالا هستند.

رزین هیدروکربنی C9 هیدروژنه نشده:

حاوی ساختارهای معطر باقیمانده و سطوح بالاتر VOC است که منجر به بوی بیشتر، تغییر رنگ حرارتی و خطرات احتمالی تحریک پوست می شود و برای فیلامنت پرینت سه بعدی داخلی یا فرمولاسیون های نورگیر نامناسب است.

مزیت DCPD هیدروژنه:

ترکیبی از ساختار سیکلوآلیفاتیک سفید مایل به آب، اشباع نشدن صفر، بوی کم و پایداری حرارتی/UV برتر، آن را به عنوان یک افزودنی هیدروکربنی قابل اعتماد برای اصلاح پلیمرهای حساس معرفی می کند.

نتیجه گیری

در نتیجه، رزین DCPD هیدروژنه نقش ارزشمندی را به عنوان یک افزودنی کاربردی و اصلاح کننده ویژگی در مواد چاپ سه بعدی ایفا می کند تا به عنوان یک رزین چاپ مستقل. وزن مولکولی کم، ساختار سیکلوآلیفاتیک اشباع، پایداری حرارتی و خواص کاهش انقباض، آن را به یک اصلاح کننده کارآمد برای پردازش رشته FDM، فرمولاسیون فوتوپلیمر با انقباض کم، و سیستم های پودر SLS در حال ظهور تبدیل کرده است.

دستورالعمل های کلیدی فرمولاسیون عبارتند از:

FDM: بارگذاری 3% تا 12% برای افزایش جریان مذاب، تاخیر در کریستالیزاسیون و بهبود چسبندگی بین لایه.

SLA/DLP: بارگذاری 3% تا 10% در سیستم‌های سازگار برای کاهش انقباض حجمی.

انتخاب درجه: گریدهای هیدروژنه با توزیع وزن مولکولی مناسب تعادل بهینه ای را بین اصلاح جریان مذاب و یکپارچگی مکانیکی ایجاد می کنند.

*داده های عملکرد ذکر شده در این مقاله بر اساس آزمایشات آزمایشگاهی داخلی و مطالعات فرمولاسیون نماینده است. نتایج واقعی ممکن است بسته به تجهیزات خاص، شرایط فرآیند و جزئیات فرمول متفاوت باشد. ما توصیه می کنیم عملکرد مواد را از طریق پروتکل های آزمایشی خود تأیید کنید. *

به‌عنوان تامین‌کننده اختصاصی رزین‌های DCPD هیدروژنه، ما متعهد به حمایت از فرمول‌سازهای مواد و تولیدکنندگان چاپ سه‌بعدی با محصولات با خلوص بالا، سازگار و تخصص فنی هستیم. امروز با تیم فنی ما تماس بگیرید تا نمونه‌ها، برگه‌های اطلاعات فنی یا راهنمایی ترکیبی را برای توسعه مواد پرینت سه بعدی نسل بعدی خود درخواست کنید.

مراجع

• 1. گزارش فنی داخلی: اصلاح رئولوژیکی و کاهش انقباض رزین های هیدروکربنی هیدروژنه در ماتریس های پلیمری. شرکت پتروشیمی هنان Xiangrong، آموزشی ویبولیتین (براساس داده های آزمایشات آزمایشگاهی داخلی.)

  2. ASTM D1238-23 - روش تست استاندارد برای نرخ جریان مذاب ترموپلاستیک ها توسط پلاستومتر اکستروژن. ASTM International.

  3. ISO 527-1:2019 - پلاستیک - تعیین خواص کششی - قسمت 1: اصول کلی. سازمان بین المللی استاندارد.

  4. گیبسون، آی.، روزن، دی، استاکر، ب.، و خراسانی، م. (2021). فن آوری های ساخت افزودنی (ویرایش سوم). اسپرینگر. https://doi.org/10.1007/978-3-030-56127-7

  5. داس، ا.، و بورتنر، ام جی (2020). تولید مواد افزودنی مبتنی بر اکستروژن با ترکیبی از رزین های پلی پروپیلن و هیدروکربن. گزارش تحقیق ORNL.

  6. داس، ا.، و بورتنر، ام جی (2021). خصوصیات ترکیبات رزین پلی پروپیلن/هیدروکربن برای چاپ سه بعدی گزارش تحقیق ORNL.