La découverte d'un polymère donne au sable imprimé en 3D une tremendous résistance :

  • Des chercheurs ont développé un nouveau polymère qui renforce le sable de silice pour l'impression 3D.
  • Ce polymère permet de créer des structures en sable avec des géométries complexes et une résistance exceptionnelle.
  • Cette avancée dans l'impression par jet de liant ouvre de nouvelles possibilités pour la fabrication, l'outillage et la design.

Des chercheurs du laboratoire national d’Oak Ridge du ministère de l’Énergie ont conçu un nouveau polymère pour lier et renforcer le sable de silice pour la fabrication additive par jet de liant, une méthode d’impression 3D utilisée par les industries pour le prototypage et la manufacturing de pièces.

Le polymère imprimable permet des structures de sable avec des géométries complexes et une résistance exceptionnelle – et est également soluble dans l’eau.

L’étude, publiée dans Character Communications, démontre un pont de sable imprimé en 3D qui, à 6,5 centimètres, peut supporter 300 fois son propre poids, un exploit analogue à 12 Empire Condition Structures assis sur le pont de Brooklyn.

Le processus d’impression par jet de liant est moins cher et in addition rapide que les autres méthodes d’impression 3D utilisées par l’industrie et permet de créer des structures 3D à partir d’une variété de matériaux en poudre, offrant des avantages en termes de coût et d’évolutivité. Le notion découle de l’impression à jet d’encre, mais au lieu d’utiliser de l’encre, la tête d’impression projette un polymère liquide pour lier un matériau en poudre, tel que du sable, créant ainsi une conception 3D couche par couche. Le polymère liant est ce qui donne au sable imprimé sa résistance.

L’équipe a utilisé l’expertise des polymères pour concevoir un liant polyéthylèneimine, ou PEI, qui a doublé la résistance des pièces de sable par rapport aux liants conventionnels.

Les pièces imprimées par jet de liant sont initialement poreuses lorsqu’elles sont retirées du lit d’impression. Ils peuvent être renforcés en infiltrant la conception avec un matériau de tremendous-colle supplémentaire appelé cyanoacrylate qui comble les lacunes. Cette deuxième étape a fourni une augmentation de résistance de huit fois en in addition de la première étape, rendant un composite de sable polymère plus résistant que tout autre et tout autre matériau de construction connu, y compris la maçonnerie.

“Peu de polymères sont adaptés pour servir de liant pour cette software. Nous recherchions des propriétés spécifiques, telles que la solubilité, qui nous donneraient le meilleur résultat. Notre principale découverte réside dans la construction moléculaire one of a kind de notre liant PEI qui le rend réactif avec du cyanoacrylate pour obtenir une résistance exceptionnelle », a déclaré Tomonori Saito de l’ORNL, chercheur principal sur le projet.

Les pièces formées avec des liants conventionnels sont rendues in addition denses avec des matériaux infiltrés, tels que la super colle, mais aucune n’a atteint les performances du liant PEI. La power impressionnante du liant PEI provient de la façon dont le polymère réagit pour se lier au cyanoacrylate pendant le durcissement.

Une software potentielle du sable extremely-résistant est de faire progresser l’outillage pour la fabrication de composites.

Le sable de silice est un matériau bon marché et facilement disponible qui suscite de in addition en furthermore d’intérêt dans les secteurs de l’automobile et de l’aérospatiale pour la création de pièces composites. Les matériaux légers, tels que la fibre de carbone ou la fibre de verre, sont enroulés autour de noyaux de sable imprimés en 3D, ou « outils », et durcis à la chaleur. Le sable de silice est attrayant pour l’outillage motor vehicle il ne modify pas de dimension lorsqu’il est chauffé et parce qu’il offre un avantage distinctive dans l’outillage lavable. Dans les purposes composites, l’utilisation d’un liant soluble dans l’eau pour former des outils de sable est importante auto elle permet une very simple étape de lavage avec de l’eau du robinet pour éliminer le sable, laissant une forme composite creuse.

Les moules et noyaux de coulée en sable actuels ont une utilisation industrielle limitée vehicle les méthodes commerciales, telles que l’outillage de lavage, appliquent de la chaleur et de la pression qui peuvent provoquer la rupture ou la défaillance des pièces de sable au leading essai. Des pièces de sable additionally solides sont nécessaires pour soutenir la fabrication à grande échelle et permettre une generation de pièces rapide.

« Notre composite de sable polymère à haute résistance augmente la complexité des pièces pouvant être fabriquées avec des méthodes de jet de liant, permettant des géométries additionally complexes et élargit les apps pour la fabrication, l’outillage et la design », a déclaré Gilmer.

Le nouveau liant a remporté un prix R&D 100 en 2019 et a été licencié par le partenaire industriel ExOne pour la recherche.

L’article de journal est publié sous le titre “Fabrication additive de constructions de sable de silice solides activées par un liant polyéthylèneimine”.