Процессинговые добавки для PLA от U3Print

Друзья, после недолгого отсутствия на просторах 3D Today, мы вернулись и спешим поделиться нашими новостями. За это время мы запустили в работу лабораторию U3Lab и приступили к созданию новых материалов для 3D-печати. Эта публикация открывает серию постов, посвященных нашим новым разработкам.

Сегодня мы расскажем о нашей процессинговой добавке для PLA на базе фторполимера 3М Dynamar. Процессинговые добавки 3М Dynamar широко применяются в промышленности для улучшения технологичности и качества полиэтилена, существенно расширяя возможности переработчиков. Однако они эффективны не только для полиэтилена, но также для других типов термопластов, в том числе и для биополимеров.

Добавка представляет собой мелкий порошок белого цвета и вносится в полимер в очень низкой концентрации (от 0,02 до 0,3% масс.). Ее можно вводить напрямую в экструдер, но для этого нужен очень точный дозатор, способный подавать материал к концентрации меньше 0,5%. Поэтому чаще всего добавка вводиться в виде 2-10% концентрата, который мы предварительно готовим на основе базового полимера, в данном случае это PLA. Концентрат представляет собой гранулят. Его можно предварительно смешивать с базовым полимером в нужной пропорции и уже готовую смесь подавать на экструдер. После этого добавка распределяется в расплаве в виде капель, которые, достигая металлической стенки фильеры (фильера – формующий инструмент), в условиях высоких сдвиговых нагрузок, активно мигрируют на её поверхность и образуют тончайший динамический слой фторполимера.Рис 2. Качество распределения добавки. Показано распределение добавки в матрице полилактида (увеличение в 500 раз). Капли добавки распределены в виде сферических капель размером 2-5 мкм. Это показывает оптимальную структуру композиции, что определяет высокую эффективность добавки в минимальных концентрациях.

Фторполимер облегает скольжение расплава, способствуя улучшению качества поверхности экструдата, снижению интенсивности деструкции, нагарообразования и гелеобразования.Рис 4. Струя полимера, выходящая из фильеры (сопла) экструдера. Вокруг струи полимера виден валик фторполимера (беловатого цвета), который препятствует деструкции материала. По краям виден деструктированный материал желтоватого цвета, который образовался когда материал перерабатывался без добавки, перед её добавлением.

При производстве прутка эта добавка помогает нам избежать эффекта «елочки» и позволяет работать при более низких температурах. Все это благотворно влияет на качество материала, а так же помогает избежать нагаров на шнеке, которые со временем превращаются в пробки.

Можно предположить, что остаточный фторполимер будет способствовать качеству печати, смазывая сопло экструдера и препятствуя отложениям на стенках сопла и его закупорке, а так же минимизировать «усадку» полимера при печати за счет снижения температуры печати. Хотя все эти предположения требуют проверки на практике.

Добавка препятствует образованию застойных зон в экструдере, что позволяет делать быстрые переходы с цвета на цвет, а также, при длительной эксплуатации, значительно продлевает работу экструдера.Таблица 1. Влияние добавки на изменение (отклонение) показателей диаметра и овальности (разность между диаметрами филамента, замеренных на одном участке в 2х перпендикулярных плоскостях). Добавка способствует уменьшению показателя овальности, отклонение по диаметру меняется незначительно.

В рамках совместной исследовательской работы между компаниями «3М Россия» и U3Print были проведены испытания процессинговой добавки Dynamar в процессах получения 3d-нити на основе PLA. Также была осуществлена оценка качества 3D-печати с использованием материала содержащим добавку. В результате испытаний было выявлено улучшение качества поверхности филамента, а также отсутствие влияния добавки на свариваемость слоев при 3D-печати.

В настоящее время U3Print ведёт работу по созданию суперконцетрата этой процессинговой добавки на основе ABS и PETg. Скоро эти материалы появятся в продаже.