Как исследователи используют FGF-принтеры в материаловедении?

Основные направления исследований

• Разработка новых материалов, в т.ч. биоразлагаемых и биосовместимых, а также композитов из растительных отходов и армированных стекло- и углеволокном. Ведутся разработки гранул на основе природного полимера лигнина. Исследуются материалы для костных имплантатов и тканевой инженерии.

• Переработка пластиков. Исследуется многократное использование одних и тех же гранул.

• Изучение пористости, ориентации волокон и распределения наполнителей в напечатанных гранулами изделиях.

• Многие работы посвящены пониманию того, как параметры печати влияют на свойства уже существующих материалов. Например, изучалось, как прочность PLA зависит от температуры и скорости печати.

• Изучение влияния параметров печати на прочность, модуль упругости, ударную вязкость и другие механические свойства напечатанных деталей.

• Моделирование теплопереноса, течения расплава, усадки, кристаллизации и других особенностей процесса печати.

• Улучшаются технологии крупногабаритной гранульной печати для строительства, авиации, автомобилестроения, архитектуры.

Преимущества гранул

1. Экономическая эффективность гранул: они стоят в 5-10 раз дешевле аналогичных по свойствам филаментов. Кроме того, отпадает необходимость в дорогостоящем этапе производства нитей из гранул.

2. FGF-технология позволяет легко варьировать соотношение компонентов (например, керамического порошка и полимерного связующего) для создания новых композитов с заданными свойствами.

3. Возможность печатать детали большого размера. При этом производительность FGF значительно выше по сравнению с наплавлением нитей — FDM.

4. Механические характеристики деталей, напечатанных гранулами, могут быть сопоставимы с характеристиками изделий, полученных литьем под давлением.

5. FGF позволяет получать высококачественные образцы из керамических материалов, с чем другие технологии часто не справляются.

6. Гранульные принтеры могут печатать сверхмягкими материалами, достигающими максимально низких значений твердости по шкале Шора.

Как университеты используют FGF-принтеры? >>

Примеры исследований

Биоразлагаемые медицинские материалы

Лаборатория металлоорганического катализа Института нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН создает новые материалы и изделия на их основе для ортопедии и тканевой инженерии. Прототипы печатают на компактном FGF-принтере Piocreat G5 Ultra.

Сейчас в лаборатории разрабатывают ортопедические изделия и биоразлагаемые пористые матрицы для заполнения клетками и формирования костной ткани.

Читать подробнее >>

Повышение ударной прочности нейлона

Исследователи из Индийского технологического института в Дели с помощью сополимера SEBS-g-MA модифицировали полиамид-12 (нейлон), чтобы улучшить его ударную вязкость и перерабатываемость при FGF-печати. Результат: повышение ударной прочности до 600% по сравнению с исходным образцом.

Источник

Сравнение 3D-печатных и литьевых композитов

Технология FGF позволяет получать из стандартных гранул полиамида с 30% стекловолокна детали, по прочности почти не уступающие литьевым. Чтобы доказать это, исследователи Университета Ростока в Германии взяли коммерчески доступный FGF-принтер, гранулы PA6-GF30 и напечатали образцы, систематически меняя три параметра: диаметр сопла, высоту слоя и скорость печати.

Основные выводы:

• чем меньше объемный расход материала (тонкое сопло, низкий слой, малая скорость), тем качественнее результат печати;

• печатные образцы показали модуль упругости при растяжении всего на 5% ниже, чем литьевые аналоги, а предел прочности — на 18% ниже. Это очень хороший результат для 3D-печати;

• FGF-печать — это реальный и экономичный путь производства функциональных деталей из композитов.

Источник

Прочные и долговечные современные материалы

В 2024 году исследователи из Инженерной школы EPFL (Швейцария) представили резиноподобные материалы для 3D-печати — гранулированные эластомеры с двойной сетчатой структурой (double network granular elastomers, DNGEs).

Материалы состояли из микроскопических частиц эластомера, соединенных более мягкой эластомерной сеткой.

Спустя два года команда опубликовала дополнительное исследование, показывающее, что архитектура, позволяющая печатать DNGEs на 3D-принтере, также обеспечивает редкое сочетание: одновременно высокую устойчивость к разрушению и усталости.

По сути, две разные сетки — одна, состоящая из гранулированных частиц эластомера, а другая — из мягкого эластомера — распределяют между собой механическое напряжение, что в целом делает материал прочнее и долговечнее.

Исследование двойных сетчатых эластомерных гранул (DNGEs) демонстрирует важный тренд — разработку принципиально новых материалов, заточенных под экструзионную 3D-печать, в том числе FGF.

Источник

Многоцикловая переработка полипропилена

Исследователи из университета совместно с производителем 3D-принтеров re:3D Inc. изучали возможность переработки полипропилена (rPP) с помощью FGF на протяжении шести циклов.

Демонстрационные изделия, изготовленные методом FGF в течение первых пяти циклов, сохраняли стабильную точность размеров и высокое качество поверхности.

Исследование показывает успешный пример коллаборации науки и бизнеса для решения задач устойчивого развития.

Источник