Comercialização de termofixos curáveis ​​por UV para impressão 3D de fibra contínua

A tecnologia CF3D usa materiais termofixos de cura instantânea para reduzir custos elevados, longos prazos de entrega e restrições de design. Crédito da foto:Compostos contínuos

Em setembro de 2020, a especialista em impressão 3D de fibra contínua Continuous Composites (Coeur d'Alene, Idaho, EUA) anunciou uma parceria estratégica com a empresa de materiais especiais Arkema (Colombes, França) através de sua linha de negócios Sartomer, para combinar a patenteada Contínua Fibra 3D da Continuous Composites (CF3D) tecnologia de impressão com soluções de resina N3xtDimension fotocuráveis ​​da Arkema. Espera-se que a combinação resulte no desenvolvimento, certificação e comercialização de uma biblioteca de soluções de materiais avançados para atender às necessidades de uma ampla variedade de aplicações e indústrias.

Esta parceria formal cresceu a partir de um relacionamento que começou em 2015, quando o Dr. Sumeet Jain, diretor sênior de impressão 3D da Arkema Worldwide, tomou conhecimento da Continuous Composites e viu uma oportunidade no processo de impressão que a empresa estava desenvolvendo. De acordo com Tyler Alvarado, CEO da Continuous Composites, a parceria foi natural:“Ele [Jain] viu a oportunidade de desenvolver resinas termofixas fotocuráveis ​​e vimos que ele tinha décadas de experiência com os polímeros que estávamos usando”.

Até 2019, as empresas tinham um acordo de desenvolvimento conjunto e, no início de 2020, a Arkema assumiu uma posição acionária na Continuous Composites, com a parceria estratégica anunciada em setembro. “Estamos extremamente entusiasmados com a parceria e os resultados que as duas equipes têm conseguido alcançar. É uma daquelas coisas em que um mais um é igual a três, realmente alavancando sua experiência não apenas no espaço dos compósitos, mas em termofixos fotocuráveis ​​”, diz Alvarado.

Unindo resinas fotocuráveis ​​com impressão 3D de fibra contínua

Hoje, o segmento de Materiais Avançados da Arkema tem ramos que abrangem muitos materiais, incluindo termofixos e termoplásticos e, dentro de compósitos, muitos processos e aplicações, incluindo impressão 3D, bem como processos de fabricação mais tradicionais. A linha de negócios da Sartomer se concentra em acrilatos e metacrilatos especiais para uma variedade de mercados e fornece materiais curáveis ​​por UV na forma de revestimentos, adesivos e filamentos de impressão 3D há décadas, de acordo com Jeffrey Klang, diretor de P&D da Sartomer para o 3D global equipe de impressão.

Para complementar seu sistema de impressão CF3D, que é um out-of-autoclave (OOA), tecnologia de impressão 3D escalonável baseada no uso de resinas de cura instantânea e fibras contínuas (leia uma descrição mais detalhada aqui:“Compósitos de impressão 3D com fibra contínua ”), A Continuous Composites exigia um catálogo de resinas que atendesse aos requisitos mecânicos de alto desempenho de clientes em setores que vão desde aeroespacial até energia e defesa. “Nosso modelo de negócios é fornecer máquinas, e seus softwares e resinas correspondentes, para permitir que esses clientes fabricem qualquer componente que desejam em sua aplicação específica da indústria”, diz Alvarado.

Esta necessidade de altas propriedades mecânicas, como temperaturas de transição vítrea (T _g ) e fogo, fumaça e toxicidade (FST) levaram a um foco em resinas termofixas, embora Alvarado observe que a tecnologia CF3D também pode usar termoplásticos. “Nossa principal competência é pegar uma fibra contínua e seca e, em seguida, impregná-la com uma resina de cura instantânea - neste caso, curável por UV”, diz ele. “Estamos realmente focados nesta abordagem termofixa de cura instantânea que permite que a estrutura do composto tome forma bem ali de forma livre, permitindo-nos aproveitar as propriedades anisotrópicas da fibra contínua e criar essas geometrias orgânicas complexas que são extremamente leves e muito Forte. Podemos produzir um laminado composto de alta qualidade com alto teor de fibra e baixa porosidade. ”
Crédito da foto:Arkema
As resinas líquidas N3xtDimension da Sartomer, parte das soluções de impressão 3D recentemente lançadas pela plataforma Arkema, em combinação com fibras estruturais que vão de carbono e fibra de vidro a Dyneema e aramidas, provaram ser uma combinação ideal, e as empresas estão agora trabalhando para desenvolver uma biblioteca de UV - resinas curáveis ​​que atendem a uma série de requisitos de propriedades mecânicas.

Além das propriedades mecânicas das resinas, eliminar a necessidade de cura por calor nas peças finais permite dois dos recursos mais inovadores do CF3D:velocidades de impressão rápidas e a capacidade de imprimir sem suporte ao ar livre. “Normalmente, quando você está assentando um compósito, é necessário ter ferramentas / moldes para suportar o assentamento”, diz Alvarado, “mas como estamos usando termofixos de cura instantânea que são reforçados por um filamento estrutural, nós somos capazes de endurecer esse material e ele pode tomar sua forma sem esse material de suporte. ” Isso elimina o custo e o tempo de espera envolvidos na aquisição de moldes e ferramentas e remove a restrição de projeto de ter que projetar em torno de ferramentas. “Agora você pode direcionar essas fibras em várias direções ... Ter a capacidade de imprimir sem suporte permite que geometrias de saliências realmente únicas ocupem grandes lacunas”, diz ele.

Além disso, CF3D “é uma máquina muito estável ... e imprime significativamente mais rápido do que as máquinas termoplásticas tradicionais”, afirma Alvarado. Essas velocidades são possíveis pela eliminação de problemas como o gerenciamento de gradientes de temperatura dentro do laminado e empenamento (devido ao uso de termofixos sobre termoplásticos), e que o sistema não é limitado por um processo de aquecimento (devido ao uso de UV fotopolimerização).

Existem duas variáveis ​​na velocidade de impressão, acrescenta:cura do material e precisão de impressão. “O problema não são as resinas; eles curam com o tempo. A máquina é o gargalo ”, diz ele, observando que os robôs como uma plataforma de movimento foram originalmente projetados para movimentos repetidos de escolha e localização de ponto A a ponto B, mas não necessariamente para a precisão envolvida na impressão 3D. “Nossa equipe realmente desenvolveu nossa própria integração de um controlador CNC como o controle de plataforma de movimento subjacente para nosso sistema de impressão 3D, para que possamos mover através dos pontos com precisão e repetidamente, o que nos permite aumentar drasticamente a velocidade em que estamos imprimindo agora ”, diz ele. Usando o controlador CNC, ao longo do próximo ano, a Continuous Composites planeja aumentar a velocidade de impressão do sistema em até três vezes.

Como acontece com qualquer inovação, no entanto, houve desafios associados à transferência da tecnologia de resina curável por UV da Sartomer para aplicações estruturais e de alto desempenho, de acordo com Klang da Sartomer. Por exemplo, uma área de foco tem aumentado a resistência à temperatura. “Estamos perto de 230 ° C”, observa ele, “o que realmente nos leva a alguns novos tipos de aplicações muito interessantes”.

Jain da Arkema acrescenta:“Com esta parceria, estamos trabalhando de baixo para cima, para mudar a forma como os compósitos são fabricados. Isso não é trivial. Já trabalhamos juntos há quatro anos e estamos apenas começando. ”