Композиты с гибридными наполнителями повышают тепловой поток при 3D-печати

В новой исследовательской работе рассматриваются полимерные композиты с гибридными наполнителями, которые повышают теплопроводность, оставаясь при этом пригодными для печати.

Нагрев часто является проблемой при 3D-печати полимерами. Стандартные материалы, используемые в технологии FFF/FDM, и детали из смолы, как правило, являются теплоизоляторами, поэтому конструкторам приходится добавлять металлические радиаторы или отказываться от деталей, изготовленных аддитивным способом. Теплопроводящие композиты могут предложить более простой подход: печатать сам корпус или кронштейн в качестве теплоотвода. Однако обычные компромиссы в 3D-печати, связанные с вязкостью, хрупкостью, обычно делают этот подход несколько сложным.

В исследовании под названием «Теплопроводящие композиты с гибридными наполнителями для печати 3D-структур» предполагается, что правильно смешанные наполнители могут компенсировать эти компромиссы.

В полимерных теплоизоляционных композитах в качестве наполнителей обычно используются нитрид бора, оксид алюминия, нитрид алюминия, графит, графен и углеродные нанотрубки. Для корпусов и креплений предпочтительнее использовать электроизоляционную керамику; углеродсодержащие наполнители проводят как тепло, так и электричество, что полезно для одних применений, но рискованно для других. В данной работе основное внимание уделяется гибридным системам, что соответствует отраслевой тенденции к сочетанию форм и химических составов для создания более эффективных тепловых путей при меньших нагрузках.

Наполнители обладают различными свойствами, поэтому материаловеды могут комбинировать их, чтобы придать базовым полимерам интересные и новые свойства. Именно это и сделали исследователи в своем исследовании, в результате чего было получено несколько интересных композитных материалов.

Последствия для рабочих процессов аддитивного производства

Если описанные гибридные конструкции покажут хотя бы скромные улучшения, это откроет возможности прямой печати для светодиодных подложек, креплений двигателей, кронштейнов для дронов, прокладок для батарей, корпусов датчиков и многого другого. Сервисные центры смогут предлагать терморегулируемые полимеры в качестве стандартных материалов, а разработчики продукции смогут объединять узлы, печатая конструкцию и теплоотвод как единую деталь.

Однако существуют некоторые проблемы, поскольку наполнители могут изменять свойства материала в нескольких направлениях. Высокое содержание наполнителя повышает вязкость, снижает скорость печати и усиливает анизотропию. Абразивные частицы ускоряют износ сопла в технологии FFF, что обуславливает необходимость использования наконечников из закаленной стали или рубина. Керамика может охрупчивать матрицы, поэтому ударная вязкость и усталость могут снижаться, а несоответствие коэффициентов теплового расширения может приводить к образованию остаточных напряжений при печати.

Если химический состав этих композитных материалов можно будет без особых проблем обрабатывать с помощью стандартного оборудования, то их внедрение, вероятно, последует. Ожидается, что на начальном этапе они получат распространение в лабораториях прототипирования и мелкосерийном производстве электроники, а автомобильная и аэрокосмическая отрасли последуют позже из-за требований к квалификации. Существует также фактор стоимости: цена на высококачественные наполнители, такие как гексагональный нитрид бора и нитрид алюминия, остается ограничивающим фактором.

Тем не менее, если вы можете отводить тепло без прикручивания металлических деталей, вы получаете дополнительную свободу проектирования.

источник OpenAlex

Центр 3d печати и 3д сканирования Фидллер в Краснодаре — 3d сканирование, 3d печать, реверс инжиниринг, проекты для ферм 3d печати, обучение, проектирование для строительства. Теперь полный цикл «принцип одного окна». Более 10 лет успешной разработки в сфере аддитивных технологий.

По всем вопросам обращаться (круглосуточно):

телеграм — https://t.me/fidller (лучше max или звонить)

max — https://max.ru/u/f9LHodD0cOIGiBB1zqbYHFbw7XCslKRI5o6aikK4IGNDZtFio4aCgGJ1gUQ

почта — shope@fidller.com

вк — https://vk.com/3d_krd_123

группа в max https://max.ru/join/VFTRpp8v45PETzoL4RDGQi44sSjpSvRz5kDtyeyXiQE

Наши ресурсы:

все о кино тут — https://news.fidller.com
наш магазин — https://fidller.com
мы в телеграм — https://t.me/pechat3dkrd

теперь и max — https://max.ru/join/VFTRpp8v45PETzoL4RDGQi44sSjpSvRz5kDtyeyXiQE

группа 3д печати — https://vk.com/3d_krd_123