Terobosan pencetakan 3-D untuk busa sintaksis ringan dapat membantu kapal selam menyelam lebih dalam

Anonim

Sebuah tim ilmuwan bahan di NYU Tandon School of Engineering telah mengembangkan proses pertama untuk komponen cetak 3-D dari busa sintaksis — komposit yang sangat kuat dan ringan yang digunakan dalam kendaraan, pesawat terbang, dan kapal. Terobosan mereka memiliki janji khusus untuk kapal selam karena akan memungkinkan produsen untuk mencetak komponen dengan bentuk kompleks yang mampu bertahan dari tekanan pada kedalaman yang lebih besar.

Busa sintaksis, campuran miliaran gelas berongga mikroskopis atau bola keramik dalam resin epoksi atau plastik, banyak digunakan di kapal selam seperti Deepsea Challenger milik James Cameron dan penjelajah laut dalam Alvin generasi berikutnya karena daya apung dan kekuatannya yang luar biasa.

Dalam dua makalah yang diterbitkan di JOM, Nikhil Gupta, seorang profesor teknik mekanik dan aerospace, peneliti mahasiswa di Material Komposit dan Mekanika Lab di NYU Tandon's Mechanical Engineering Department, dan kolaborator di India melaporkan mereka telah mengembangkan filamen dan proses syntactic-foam untuk 3-D mencetak mereka menggunakan printer komersial off-the-shelf.

Saat ini, bagian-bagian syntactic-foam dibuat dengan injection molding, dan bagian-bagiannya harus digabungkan dengan perekat dan pengencang, yang memperkenalkan kerentanan. Pencetakan 3-D — juga disebut manufaktur aditif — dapat memungkinkan produsen untuk membuat bagian-bagian yang rumit seperti cangkang kendaraan dan struktur internal sebagai unit tunggal, membuatnya jauh lebih kuat. Dipimpin oleh Ashish Kumar Singh, seorang mahasiswa doktoral di bawah Gupta, tim menggambarkan bagaimana mereka mengatasi rintangan untuk manufaktur aditif, seperti kecenderungan mikrosfer untuk menghancurkan selama proses pencampuran dan menyumbat nosel printer. Mereka juga mendemonstrasikan daur ulang filamen, membuat mereka ramah lingkungan.

Para peneliti mengembangkan filamen dari plastik polietilen berdensitas tinggi (HDPE), bahan yang digunakan untuk memproduksi komponen tingkat industri, dan mikrosfer yang terbuat dari abu terbang daur ulang. (Mengandung fly ash — limbah hasil pembakaran batu bara — dalam busa sintaksis juga menyimpan bahan beracun dari tempat pembuangan sampah.)

"Fokus kami adalah untuk mengembangkan filamen yang dapat digunakan dalam printer komersial tanpa perubahan dalam perangkat keras printer, " kata Gupta, yang berkolaborasi dengan rekan-rekan di Institut Teknologi Nasional Karnataka, Surathkal, India (NIT-K). "Ada banyak parameter yang mempengaruhi proses pencetakan, termasuk bahan piring-build, suhu, dan kecepatan pencetakan. Menemukan satu set kondisi optimum adalah kunci untuk membuat pencetakan suku cadang berkualitas tinggi."

Gupta, yang baru-baru ini berkolaborasi dengan mitra industri untuk menciptakan alat desain on-line untuk busa sintaksis, menjelaskan bahwa partikel bulat berbentuk bulat yang digunakan dalam penelitian ini memiliki diameter hanya 0, 04 mm hingga 0, 07 mm. Kombinasi ukuran dan bentuk ini memungkinkan mikrosfer mengalir melalui nosel printer 1, 7-mm 3-D tanpa mencekik aliran material.

Dia menjelaskan bahwa proses yang diperlukan tim untuk meminimalkan menghancurkan partikel berongga rapuh selama pencampuran dengan resin HDPE sehingga filamen yang dihasilkan bisa memiliki kepadatan rendah.

"Kami ingin menambahkan partikel berongga sebanyak mungkin untuk membuat material lebih ringan, tetapi memiliki lebih banyak partikel berarti lebih banyak dari mereka akan pecah selama pemrosesan, " tambah Singh. "Kelangsungan hidup partikel berongga pertama selama pembuatan filamen dan kemudian dalam proses pencetakan 3-D membutuhkan banyak kontrol proses."

Mengabaikan manfaat yang akan dibawa oleh proses baru dalam pembuatan komponen kompleks, bahan cetak 3-D saja menunjukkan kekuatan dan kerapatan tarik yang sebanding dengan yang dibuat dengan pencetakan injeksi.

"Hasilnya menunjukkan bahwa sifat-sifat komponen syntactic-foam 3-D-cetak setara dengan bagian-bagian cetakan injeksi tradisional yang digunakan secara luas dari bahan yang sama, " kata Singh.

Gupta mengatakan tim, yang termasuk Brooks Saltonstall, seorang peneliti sarjana di NYU Tandon; Balu Patil dan Mrityunjay Doddamani dari NIT-K; dan Niklas Hoffmann, mahasiswa tamu dari Universitas Teknologi Clausthal, Jerman, sekarang akan fokus pada pengoptimalan properti material untuk berbagai aplikasi, seperti kendaraan bawah air yang mampu berfungsi pada kedalaman tertentu.

"Pembuatan Aditif Sintaksis Syntactic: Bagian 1: Pengembangan, Properti, dan Potensi Daur Ulang Filamen" dan "Pembuatan Aditif Sintaksis Syntactic: Bagian 2: Pencetakan Spesimen dan Karakterisasi Properti Mekanis" muncul di JOM.

menu
menu