Comercialización de termoendurecibles curables por UV para impresión 3D de fibra continua

La tecnología CF3D utiliza materiales termoendurecibles de curado rápido para reducir los altos costos, los largos plazos de entrega y las limitaciones de diseño. Crédito de la foto:Composiciones continuas

En septiembre de 2020, el especialista en impresión 3D de fibra continua Continuous Composites (Coeur d'Alene, Idaho, EE. UU.) Anunció una asociación estratégica con la empresa de materiales especiales Arkema (Colombes, Francia) a través de su línea de negocio Sartomer, para combinar la tecnología patentada Continuous Fiber 3D de Continuous Composites. (CF3D) con las soluciones de resina fotocurable N3xtDimension de Arkema. Se espera que la combinación dé como resultado el desarrollo, la certificación y la comercialización de una biblioteca de soluciones de materiales avanzados para satisfacer las necesidades de una amplia variedad de aplicaciones e industrias.

Esta asociación formal ha surgido a partir de una relación que comenzó en 2015, cuando el Dr. Sumeet Jain, director senior de impresión 3D de Arkema Worldwide, se dio cuenta de Continuous Composites y vio una oportunidad en el proceso de impresión que la empresa estaba desarrollando. Según Tyler Alvarado, director ejecutivo de Continuous Composites, la asociación fue natural:"Él [Jain] vio la oportunidad de hacer avanzar las resinas termoendurecibles fotoendurecibles, y vimos que tenía décadas de experiencia con los polímeros que estábamos usando".

Para 2019, las empresas tenían un acuerdo de desarrollo conjunto y, a principios de 2020, Arkema tomó una posición de capital con Continuous Composites, con la asociación estratégica anunciada en septiembre. “Estamos muy entusiasmados con la asociación y los resultados que ambos equipos han podido lograr. Es una de esas cosas en las que uno más uno es igual a tres, lo que realmente aprovecha su experiencia no solo en el espacio de los compuestos sino también en los termoestables fotoendurecibles ", dice Alvarado.

Unir resinas fotoendurecibles con impresión 3D de fibra continua

En la actualidad, el segmento de Materiales Avanzados de Arkema tiene ramas que abarcan muchos materiales, incluidos los termoestables y termoplásticos, y, dentro de los compuestos, muchos procesos y aplicaciones, incluida la impresión 3D, así como los procesos de fabricación más tradicionales. La línea de negocio de Sartomer se centra en acrilatos y metacrilatos especiales para una variedad de mercados, y ha estado proporcionando materiales curables por UV en forma de recubrimientos, adhesivos y filamentos de impresión 3D durante décadas, según Jeffrey Klang, director de I + D de Sartomer para el 3D global. equipo de impresión.

Para complementar su sistema de impresión CF3D, que es una tecnología de impresión 3D escalable fuera de autoclave (OOA) basada en el uso de resinas de curado instantáneo y fibras continuas (lea una descripción más detallada aquí:“Composites de impresión 3D con fibra continua ”), Continuous Composites requería un catálogo de resinas que cumpliera con los requisitos mecánicos de alto rendimiento de los clientes en industrias que van desde la aeroespacial hasta la energía y la defensa. "Nuestro modelo de negocio es proporcionar máquinas, y su correspondiente software y resinas, para permitir que estos clientes fabriquen cualquier componente que busquen en su aplicación industrial específica", dice Alvarado.

Esta necesidad de altas propiedades mecánicas, como temperaturas de transición vítrea (T _g ) y el fuego, el humo y la toxicidad (FST) llevaron a centrarse en las resinas termoendurecibles, aunque Alvarado señala que la tecnología CF3D también puede utilizar termoplásticos. "Nuestra competencia principal es que tomamos una fibra continua y seca, y luego la impregnamos con una resina de curado instantáneo, en este caso, curable con UV", dice. “Estamos realmente enfocados en este enfoque termoestable de curado instantáneo que permite que la estructura compuesta tome forma allí mismo en forma libre, lo que nos permite aprovechar las propiedades anisotrópicas de la fibra continua y crear estas complejas geometrías orgánicas que son extremadamente livianas y muy fuerte. Podemos producir un laminado compuesto de muy alta calidad con un contenido muy alto de fibra y baja porosidad ”.

Crédito de la foto:Arkema

Las resinas líquidas N3xtDimension de Sartomer, parte de la plataforma de soluciones de impresión 3D de Arkema lanzada recientemente por Arkema, en combinación con fibras estructurales que van desde fibra de carbono y vidrio hasta Dyneema y aramidas, demostraron ser una combinación ideal, y las empresas ahora están trabajando para desarrollar una biblioteca de UV resinas curables que cumplen con una variedad de requisitos de propiedades mecánicas.

Además de las propiedades mecánicas de las resinas, la eliminación de la necesidad de curar con calor en las piezas finales permite dos de las características más innovadoras de CF3D:velocidades de impresión rápidas y la capacidad de imprimir sin soporte al aire libre. “Normalmente, cuando está colocando un material compuesto, debe tener herramientas / moldes para soportar el laminado”, dice Alvarado, “pero debido a que estamos usando termoestables de curado rápido que están reforzados por un filamento estructural, eres capaz de endurecer ese material y puede tomar su forma sin ese material de soporte ". Esto elimina el costo y el tiempo de espera involucrados en la adquisición de moldes y herramientas, y elimina la restricción de diseño de tener que diseñar alrededor de las herramientas. "Ahora puede dirigir estas fibras en muchas direcciones ... Tener la capacidad de imprimir sin soporte permite que geometrías de voladizo realmente únicas abarquen grandes espacios", dice.

Además, CF3D “es una máquina muy estable ... e imprime significativamente más rápido que las máquinas termoplásticas tradicionales”, dice Alvarado. Estas velocidades son posibles gracias a la eliminación de problemas como la gestión de gradientes de temperatura dentro del laminado y la deformación (debido al uso de termoestables sobre termoplásticos), y que el sistema no está limitado por un proceso de calentamiento (debido a su uso de UV fotopolimerización).

Hay dos variables para la velocidad de impresión, agrega:curado del material y precisión de impresión. “El problema no son las resinas; curan a tiempo. La máquina es el cuello de botella ”, dice, y señala que los robots como plataforma de movimiento se diseñaron originalmente para movimientos repetidos, de punto A a punto B, recoger y colocar, pero no necesariamente para la precisión involucrada en la impresión 3D. “Nuestro equipo ha desarrollado nuestra propia integración de un controlador CNC como el control de la plataforma de movimiento subyacente para nuestro sistema de impresión 3D, de modo que podamos movernos a través de los puntos de manera precisa y repetida, lo que nos permite aumentar drásticamente la velocidad a la que estamos imprimiendo ahora mismo ”, dice. Con el controlador CNC, durante el próximo año, Continuous Composites planea aumentar la velocidad de impresión del sistema hasta tres veces.

Sin embargo, al igual que con cualquier innovación, ha habido desafíos asociados con la transferencia de la tecnología de resina curable por UV de Sartomer a aplicaciones estructurales y de mayor rendimiento, según Klang de Sartomer. Por ejemplo, un área de enfoque ha sido aumentar la resistencia a la temperatura. "Estamos cerca de los 230 ° C", señala, "lo que realmente nos lleva a nuevos tipos de aplicaciones muy interesantes".

Jain de Arkema agrega:“Con esta asociación, estamos trabajando de abajo hacia arriba para cambiar la forma en que se fabrican los compuestos. Esto no es trivial. Ya llevamos cuatro años trabajando juntos y recién estamos comenzando ".