A equipe de engenheiros de materiais do Instituto de Tecnologia da Universidade de Nova York desenvolveu fibras de espuma composta e obteve um processo para impressão em 3D em impressoras comerciais. Crédito de imagem: New York University School of Technology
Uma equipe de cientistas de materiais da Escola de Engenharia da Universidade de Nova York desenvolveu o primeiro processo para as espumas sintáticas impressas em 3D que podem ser usadas em áreas como automotivo, aeronave e construção naval, onde a densidade do material é baixa, mas intensa. Este avanço permite que os fabricantes imprimam componentes com qualquer forma complexa que possa suportar o esforço mais profundo, por isso tem uma perspectiva de aplicação especial para submarinos.
espuma sintáctica é uma mistura de um material compósito de resina epoxi ou uma biliões de plástico de pequeno vidro oco ou esferas de cerâmica, e este material compósito com resistência superior e flutuabilidade, James amplamente utilizado • Cameron (James Cameron) Submarinos como o Deepsea Challenger e a próxima geração do Alvin Deep Sea Explorer.
Em dois artigos publicados em JOM, professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial faculdade Nikhil Gupta e seus estudantes pesquisadores em materiais compósitos e Mecânica Departamento de Mecânica Instituto de Engenharia da Universidade de Nova Iorque Laboratory e colaboradores indianos relataram que eles desenvolveram Composites de espuma e podem ser impressos comercialmente com impressão em 3D.
Atualmente, as peças de espuma composta são produzidas por moldagem por injeção e as peças devem ser unidas por adesivos e fixadores que tornam as peças vulneráveis. A impressão 3D, também conhecida como fabricação de aditivos, permite que os fabricantes sejam complexos (Como a carcaça do carro e a estrutura interna) para torná-lo mais resistente e resistente. A equipe liderada por Ashish Kumar Singh, estudante de doutorado na Gupta, descreveu como eles podem superar as barreiras à fabricação de aditivos, como a mistura de microesferas O processo de moagem e a tendência das microesferas para obstruir os injetores da impressora e também demonstraram a amizade ambiental das fibras de espuma sintática.
Os pesquisadores desenvolveram fibras de polietileno de alta densidade (HDPE) comumente usadas no fabrico de componentes de qualidade industrial, bem como microesferas de cinzas volantes recicladas (cinzas volantes - o subproduto de combustão de carvão - Também é possível descarregar substâncias tóxicas de aterros sanitários.
Gupta, que trabalha com colegas do Instituto Nacional de Tecnologia de Surathkal Karnataka, na Índia (NIT-K), disse: "Nosso foco é desenvolver uma fibra que use impressoras comerciais para imprimir sem alterar o hardware da impressora. Parâmetros que afetam o processo de impressão Muito, incluindo materiais de placas, temperaturas e velocidades de impressão, e encontrar os melhores parâmetros de processo é a chave para impressão de alta qualidade.
Ashish Kumar Singh (à esquerda), uma doutora em Nikhil Gupta (à direita), professora associada de engenharia mecânica e aeroespacial, relatórios sobre avanços de pesquisa em filamentos de espuma composta e processos relacionados para impressão 3D com impressoras comerciais. Crédito da foto: New York University School of Technology
Recentemente, a Gupta se associou com parceiros da indústria para criar uma ferramenta de design on-line para espumas compostas que explicou que as partículas esféricas ocas utilizadas no estudo tinham apenas 0,04 a 0,07 mm de diâmetro. A combinação de tamanho e forma permite que as microesferas Ele pode fluir através de um bico de impressora de 1,7 mm 3-D sem bloquear o fluxo de material.
Ele explicou que esse processo exigia que a equipe minimizasse o grau de quebra de partículas durante a mistura da resina HDPE com as partículas vazias frangíveis resultando em uma fibra de baixa densidade.
Singh acrescentou: "Queremos adicionar tantas partículas vazias quanto possível para tornar o material mais leve, mas um aumento no número de partículas significa que mais partículas irão quebrar durante o processamento". As partículas vazias intactas são usadas na fabricação de filamentos Durante o processo, ou no processo de impressão 3-D subsequente, é necessário um grande controle de processo.
Além da conveniência do novo processo na fabricação de componentes complexos, os materiais produzidos pela impressão 3-D, por si só, possuem resistência e resistência à tração comparáveis aos produzidos por moldagem por injeção.
Singh disse: "Os resultados mostram que a espuma composta produzida pela impressão em 3D é comparável em desempenho ao mesmo material produzido pela moldagem por injeção convencional mais comumente utilizada".
Gupta disse Brooks Saltonstall, pesquisadora de graduação do Instituto de Tecnologia da Universidade de Nova York, Balu Patil e Mrityunjay Doddamani na NIT-K, e estudante visitante Niklas Hoffmann da Universidade de Tecnologia em Clausthal, na Alemanha, Este grupo agora se concentrará na otimização de propriedades de materiais para uma variedade de aplicações, como veículos subaquáticos capazes de operar em profundidades específicas.
JOM Journal: "Espuma composta - Parte 1: R & D de fibras, desempenho e potencial de reciclagem; Espuma composta - Parte 2: Impressão de amostras e caracterização de propriedades mecânicas.