Oak Ridge National Laboratory اخیراً مقاله‌ای را در Nature Communications منتشر کرده است که شرحی است بر آخرین دستاوردهای پرینت سه بعدی اش در زمینه بایندر جت. آخرین کشفیات نشان از روشی سریع و مقرون به صرفه برای پرینت سازه های شنی و ماسه سیلیسی با استفاده از یک پلیمر سفارشی به عنوان چسب است. این سازه‌ها تا کنون اثبات کرده‌اند که قادر به تحمل 300 برابر وزن خود هستند، که به گفته ORNL، معادل دوازده ساختمان Empire State بر روی پل بروکلین است.
سازه ی مورد بحث در واقع یک پل مینیاتوری بود که در تصویر زیر می‌توانید ببینید چه طور وزن توده ی بزرگی از فلز را تحمل می کند.
نگاره 1) سازه های شنی فوق العاده مستحکم
معمولاً برای کاربردهای جت بایندر از پلیمر به عنوان رزین برای اتصال متریال ها به یکدیگر استفاده می شود. پلیمر جدیدی که تحت عنوان پلی اتیلن ایمین (PEI) شناخته می شود، برای این پروژه انتخاب شده است و نشان داده شده است که در مقایسه با کلاسورهای معمولی، استحکام قطعه ی پرینت شده را دو برابر می کند.
Tomonori Saito، محقق این پروژه در ORNL گفت: «پلیمرهای کمی برای استفاده به عنوان چسب برای این کاربرد مناسب هستند.
ما به دنبال خواص ویژه ای بودیم، مانند حلالیت، که بهترین نتیجه را به ما بدهد. یافته کلیدی ما در ساختار مولکولی منحصربه‌فرد بایندر PEI بود که آن را با سیانواکریلات واکنش‌پذیر می‌کند تا به استحکام استثنایی دست یابد.
به طور معمول، قطعات ساخته شده با جت بایندر متخلخل هستند و منافذ پس از آن با سیانواکریلات (چسب فوق العاده) پر می شوند تا چگالی قطعه و استحکام افزایش پیدا کند. این مرحله استحکام از پیش دو برابر شده ی PEI را هشت برابر بیشتر افزایش می دهد و این افزایش استحکام ناشی از واکنش PEI با چسب است.
به طور خاص، متریال این سازه های شنی جدید دارای استحکام بافتی 6.28 اینچ مگاپاسکال در مقایسه با چسب معمولی است که آن را از بتن غیر مسلح (~4.5 اینچ مگاپاسکال) در بارگذاری خمشی قوی تر می کند.
چرا اصلاً از ماسه استفاده کنیم؟
ااستفاده از شن و ماسه به این دلیل است که ماسه بسیار ارزان و فراوان است و در صنعت به ویژه برای ابزارسازی برای ساخت کامپوزیت استفاده می شود. ماسه همچنین دارای خواص حرارتی بسیار خوبی است و هنگامی که در معرض دمای پخت کامپوزیت قرار می‌گیرد، منبسط نمی‌شود، بنابراین به سازندگان اجازه می‌دهد تا پایداری ابعادی ابزار مبتنی بر شن را حتی در صورت گرم شدن حفظ کنند.
و از آنجایی که PEI محلول در آب است، مهندسان و تکنسین‌های سازنده می‌توانند به سادگی قطعه را پس از خشک شدن جدا کرده و بشویید! هسته ماسه حل می شود و نتیجتا هزینه های نیروی کار مرتبط با حذف قالب / ابزار را کاهش می دهد.
نگاره 2) دیاگرام فرآیند تولید سازه های شنی
“برای اطمینان از دقت ابزار، به متریالی نیاز است که در طول پروسه ی تولید تغییر شکل ندهد، به همین دلیل است که ماسه سیلیس انتخاب امیدوارکننده ای بوده است. چالش اصلی، غلبه بر ضعف ساختاری در سازه های شنی بوده است.” Dustin Gilmer، دانشجوی مرکز Bredesen دانشگاه تنسی و نویسنده اصلی این مطالعه
کامپوزیت ماسه پلیمری با استحکام بالا، پیچیدگی قطعاتی را که می‌توان با روش‌های جت بایندر ساخت، افزایش می‌دهد، هندسه‌های پیچیده‌تری را امکان‌پذیر می‌کند و کاربردها را برای ساخت، ابزارسازی و ساخت‌وساز گسترده‌تر می‌کند.
این متریال به تازگی توسط ExOne برای استفاده مجوز دریافت کرده است.
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد این متریال شن و ماسه ای قوی و چسب پلیمری آن، می توانید به این مقاله مراجعه کنید.