Использование новых материалов в 3D печати для автомобилестроительной отрасли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование новых материалов в 3D печати для автомобилестроительной отрасли

А.В. Матренин, магистр; Е.В. Прохорова

В статье предложена информация о развитии 3d печати в области машиностроения и применение новых материалов в данной области

This article provides information about the development of 3d printing in the field of mechanical engineering and application of new materials in the field

Технология 3d печати имеет массу преимуществ, среди которых относительная простота конструкции принтеров и ценовая доступность как устройств, так и расходных материалов. Причем, ассортимент материалов является, пожалуй, самым широким среди всех доступных технологий. Как правило, для печати используются термопластики, но есть и исключения - композитные материалы, содержащие различные добавки.[1]

Использование 3d печати в мире набирает обороты, и автомобильная промышленность находится сейчас в лидерах применения такой печати на производстве. Основные задачи, которые стоят перед используемом материалом состоят в наличии таких свойств как: термостойкость, прочность, износостойкость и т.д. Но далеко не все материалы подходят для этих нужд. Поэтому рассмотрим варианты пластиков и их модификаций которые применяются или могут применятся в автомобильной промышленности. 3d поликарбонат полифенилсульфон нейлон

1. Нейлон (Nylon)

Рисунок 1 - Катушка с нейлоном для 3d печати

Нейлон привлекателен своей высокой износоустойчивостью и низким коэффициентом трения. Так, нейлон зачастую используется для покрытия трущихся деталей, что повышает их эксплуатационные качества и зачастую позволяет функционировать без смазки. Вслед за широким применением нейлона в промышленности, материалом заинтересовались и в сфере аддитивного производства.

Таблица 1 - Характеристики нейлона

Достоинства: высокая износоустойчивость, высокая эластичность, устойчивость к большинству растворителей на органической основе, высокая термостойкость, с легкостью поддается механической обработке. Недостатки: высокая гигроскопичность, выделение токсичных паров при пиролизе.[1]

2. Поликарбонат (PC, ПК)

Поликарбонаты привлекательны за счет своей высокой прочности и ударной вязкости, а также устойчивости к высоким и низким температурам. Стоит отметить потенциальный риск для здоровья при печати: в качестве сырья зачастую используется токсичное и потенциально карциногенное соединение бисфенол А. Остаточный бисфенол А может содержаться в готовых изделиях из поликарбоната и испаряться при нагревании, в связи с чем рекомендуется производить печать в хорошо вентилируемых помещениях. Прочный конструкционный материал. Выдерживает кратковременный нагрев до 153 °С. Диапазон температур длительной эксплуатации: от -100 до 115-130 °С. Обладает высокой жесткостью и прочностью в сочетании с очень высокой стойкостью к ударным воздействиям в том числе при повышенной и пониженной температуре. Имеет высокий коэффициtнт трения. Подвергается стерилизации. Имеет отличные диэлектрические свойства. Обладает хорошими оптическими свойствами. Не стоек к действию УФ-излучения (падает ударопрочность, относительное удлинение).[1]

3. Полифенилсульфон (PPSU)

Рисунок 2 - Деталь из полифенилсульфона

Полифенилсульфон - высокопрочный термопластик, активно применяемый в авиационной промышленности. Материал имеет прекрасную химическую и тепловую устойчивость и практически не горит. Полифенилсульфон биологически инертен, что позволяет использовать этот материал для производства посуды и пищевых контейнеров. Диапазон эксплуатационных температур составляет -50°С - 180°С. Пластик устойчив к воздействию растворителей и горюче-смазочных материалов. При всех своих достоинствах, полифенилсульфон редко используется в 3D-печати ввиду высокой температуры плавления, достигающей 370°С. Такие температуры экструзии не под силу большинству настольных принтеров, хотя теоретически печать возможна при использовании керамических сопел. В настоящее время единственным активным пользователем материала является компания Stratasys, предлагающая промышленные установки Fortus.[4]

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3 - Таблица характеристик полифенилсульфона.

Ударопрочный полистирол (HIPS)

Ударопрочный полистирол широко используется в промышленности для производства различных бытовых изделий, строительных материалов, одноразовой посуды, игрушек, медицинских инструментов и пр. При 3D-печати полистирол демонстрирует физические свойства, весьма схожие с популярным ABS-пластиком, что делает этот материал все более популярным. Наиболее же привлекательной особенностью полистирола является отличие от ABS в отношении химических свойств: полистирол достаточно легко поддается органическому растворителю Лимонену. Многие характеристики HIPS похожи на характеристики ABS, PLA или SBS, однако отличаются в лучшую сторону:

1. Материал не поглащает влагу, лучше переносит условия внешней среды, не подвержен разложению. Дольше хранится в открытом состоянии без упаковки.

2. Мягкий, лучше поддается механической постобработке.

3. Легкость и низкое водопоглощение позволяют при соблюдении определенных условий создать не тонущий в воде объект.

4. Сопротивление широкому ряду химических и иных сред

5. Стойкость к биологическому воздействию. [2]

Данные материалы имеют как свою плюсы, так и минусы. в данном случае минусами являются: для поликарбоната - токсичность при пиролизе, для полифенилсульфон - высокая температура печати, порядка 360 градусов, а для нейлона и ударопрочного полистирола это небольшой диапазон температур до 90-100 градусов. Но все эти пластики могут найти применение в автомобильной промышленности, например полифенилсульфон и поликарбонат интересны тем, что имеют очень высокую температуру плавления и прочность что позволяет их использовать в тех местах где температура доходит до 200 С например, в подкапотном пространстве или в местах с повышенной температурой, а пластики HIPS и нейлон вполне подходят для использования в тех местах где температура не превышает 90 градусов но важны такие свойства как износостойкость и ударопрочность.

Список литературы

1. Интернет ресурс: http://3dtoday.ru/wiki/FDM_materials

2. Ударопрочные пластики. Бакнелл, К.Б. Л.: Химия, 2005

3. Основы технологии переработки пластмасс: Учебное пособие для ВУЗов / 2-е изд., испр. и доп. Власов, С.В., Кандырин, Л.Б., Кулезнев, В.Н.

и др. - СПб.: Химия, 2004

4. Интернет ресурс: http://www.ddmlab.ru/materials/termoplastiki_fdm/ highperformance/material-ppsf/

5. Интернет ресурс: http://rusabs.ru/blogs/blog/filamente-hips

Размещено на Allbest.ru