Mikroakışkan Sızma yoluyla üç boyutlu mikrostrüktürlü nanokompozitlerin İmalat

Bu prosedürün genel amacı, nano kompozitlerin 3B gözenekli mikroakışkan ağlara yönlendirilmiş ve lokalize sızması yoluyla 3B mikro yapılı kompozit kirişler üretmektir. Mikroakışkan ağlar, sıvı mürekkebin katman katman biriktirilmesiyle üretilir. Daha sonra filamentler arasındaki boşluklar düşük viskoziteli bir reçine kullanılarak doldurulur ve kapsülleyici epoksi sertleştirilir.

Kaçak mürekkep daha sonra mürekkebin sıvılaştırılmasıyla yapıdan çıkarılır, ardından kanalların sıcak su ve hean ile yıkanması sağlanır. Daha sonra, elde edilen boru şeklindeki mikroakışkan ağlara, nano dolgu maddeleri içeren termo sertleşen nano kompozit süspansiyonlar sızar ve daha sonra sertleştirilir. Son adım, üretilen kirişin kürlenmesi ve fazla parçaların istenen boyutlarda kesilmesidir.

Sonuç olarak, fonksiyonel nano kompozit makroskopik ürünlerin tasarımı için üretim tekniğinin kabiliyetini göstermek için çeşitli morfolojik ve mekanik karakterizasyon teknikleri kullanılmaktadır. Birkaç yıldır, özellikle termoplastik ve termo hücre bazlı nano kompozitler olmak üzere gelişmiş malzemelerin geliştirilmesi üzerinde çalışıyoruz. Şimdi yeni bir malzeme sistemine ve aynı zamanda karmaşık 3D parçalar üretmenin yeni yollarına bakarak yöntemimizin sınırlarını zorlamaya çalışıyoruz.

Bu tekniğin enjeksiyon kalıplama gibi mevcut yöntemlere göre ana avantajı, PRI tekniğinin, bir ürünün üretimi sırasında optimum koşullar için nano tüp takviyesinin üç boyutlu oryantasyonunun ve konumlandırılmasının yeterli kontrolüne izin vermesidir. Bu esnek üretim tekniği, diğer termo ayar malzemelerinin ve nano dolgu maddelerinin kullanımına kadar uzanır. Çeşitli uygulamalar arasında yapısal sağlık izleme, titreşim emme ürünleri ve mikroelektronik bulunur: Kaçak mürekkebin erimesini sağlamak için, mikrokristalin balmumu ve vazelin, eritildiğinde ve karıştırıldığında 80 santigrat derecede sıcak bir plaka manyetik karıştırıcı üzerinde mürekkebi üç cc'lik bir şırınga namlusuna yükleyin.

Şırıngaya 150 mikrometrelik bir düzenleme nozulu takın ve şırıngayı dağıtım robotunun şırınga tutucusuna monte edin. İstenen 3D iskele yapısının imalatı için dağıtım robotunun hareketli yolunu tasarlamak için bir Excel programı kullanın. Bu bilgiler, yapının boyutlarını, filament aralığını, katman sayısını ve imalat sırasında her bir konumdaki dağıtımın açma-kapama durumunu içermelidir.

Bu durumda, boyutlar 60 milimetre uzunluğunda, 7.5 milimetre genişliğinde ve 1.7 milimetre kalınlığındadır ve yaklaşık 150 mikrometrelik bir filament çapı için her filament arasında 0.25 milimetre yatay boşluk vardır. Basınç regülatöründe biriktirme basıncını 1,9 megapaskal olarak ayarlayın ve robot dağıtım hızını saniyede 4,7 milimetreye ayarlayın. Ardından, mürekkep bazlı filamentlerin bir epoksi alt tabaka üzerinde biriktirilmesini etkinleştirin.

Bu, mikro iskelenin ilk katmanı olan 2B bir desenle sonuçlanır. Dağıtım nozulunun Z konumunu filamanın çapına eşit bir miktarda art arda artırarak mikro iskelenin ek katmanlarını biriktirmeye devam edin. Her katmanın kendi kendini destekleyen yapıları yapması yaklaşık dört ila beş dakika sürer, bu şekilde birkaç yüz katman inşa edilebilir.

Bir sonraki adım, kapsülleme için kullanılacak epoksiyi hazırlamaktır. Reçine ve sertleştiriciyi karıştırarak başlayın ve ardından epoksi karışımını 30 dakika boyunca vakum altında gazdan arındırın. Gazdan arındırma işleminden sonra, bir sıvı dağıtıcı kullanarak negatif basınç uygulayarak epoksiyi üç cc'lik bir şırınga namlusuna yükleyin.

Ardından, şırınga namlusuna 0,51 milimetre iç çapa sahip bir nozul yerleştirin. Reçinenin akışına yardımcı olmak için mürekkep iskelesini eğimli bir şekilde yerleştirin. Daha sonra aynı sıvı dağıtıcıyı ve monte edilmiş nozulu kullanarak, eğimli iskele yapısının üst ucuna epoksi damlaları yerleştirin.

Epoksi daha sonra yerçekimi ve kılcal kuvvetler tarafından yönlendirilen filamentler arasındaki boş alanlara akar. İskele filamentleri arasındaki boş alan tamamen dolana kadar iskelenin üzerine epoksi damlaları yerleştirmeye devam edin. Kapsülleyici epoksinin 24 saat boyunca oda sıcaklığında önceden sertleşmesine izin verin ve ardından yapıyı iki saat boyunca 60 santigrat derecede kürlenmek üzere bir fırına koyun.

Sertleştikten sonra, epoksinin fazla kısımlarını kesmek için hassas bir testere kullanın. Daha sonra yapının her iki ucunda yaklaşık bir milimetre çapında bir delik açın. Mürekkep iskelesine ulaşmak için, deliklerin her birine plastik bir tüp yerleştirin.

Bir sonraki adım, kaçak mürekkebi yapıdan çıkarmaktır. Mürekkebi sıvılaştırmak için numuneleri 90 santigrat derecede 30 dakika fırına koyarak başlayın. Numuneleri fırından çıkardıktan sonra, plastik tüplerden beş dakika boyunca sıcak damıtılmış su emerek kanal ağını yıkayın.

Ardından, mürekkebi çıkardıktan sonra kanal duvarlarından kalan mürekkep izlerini çıkarmak için tüplerden beş dakika daha hekzan emdirin. Geriye kalan, ihtiyaç duyulana kadar oda sıcaklığında saklanabilen, birbirine bağlı bir 3D mikroakışkan ağdır. Nano kompozitleri hazırlamak için, ağırlıkça yüzde 0,5'lik bir nihai nano tüp konsantrasyonu için aseton veya di kloro metan içinde 0.1 milimolar çinko Proto porfirin dokuz yüzey aktif madde çözeltisine 150 miligram karbon nano tüp ekleyin.

Daha sonra, süspansiyonu 30 dakika boyunca ultrasonik bir banyoda sonikleştirin. DB'ye nano tüp agregalarını demetleyin. Epoksi veya üretan reçinesini, çözücünün biraz altındaki bir sıcaklıkta manyetik karıştırma sıcak plakası üzerinde nano tüp süspansiyonu ile karıştırın.

Dört saat boyunca kaynama sıcaklığı daha sonra nano kompozit karışımı bir saat boyunca 40 ila 50 santigrat derecede ısıtırken ultras, sunasyon, banyo ve sonikat içine yerleştirilir. Daha sonra, nano kompoziti 12 saat boyunca 30 santigrat derecede ısıtın ve daha sonra artık çözücüyü buharlaştırmak için 24 saat boyunca 50 santigrat derecede vakum altında ısıtın. Ertesi gün.

Nano kompozitin bir kısmını, herhangi bir büyük nano tüp agregasını kırmak için temel bir karşılaştırma olarak kullanmak üzere oda sıcaklığında bir kenara koyun. Üç silindirli bir mikserin apron rulosunun hızını 250 RPM'ye ayarlayın, rulolar arasında 25 mikrometrelik bir boşlukla başlayarak, kalan nano kompozit karışımı rulolar boyunca beş kez geçin. Daha sonra rulolar arasındaki boşluğu 10 mikrometreye ayarlayın ve beş geçiş daha yapın Boşluğun son olarak beş mikrometreye düşürülmesinden sonra, nano kompozitlerin silindirlerden geçmeden önce ve sonra 10 geçiş daha yapması burada gösterilmiştir.

Ardından, karıştırma sırasında sıkışan hava kabarcıklarını çıkarmak için bir kurutucu kullanarak son karışımı 24 saat boyunca elektrikli süpürgenizde gazdan arındırın. Bir sonraki adım, nano kompoziti mikroakışkan cihaza enjekte etmektir. Nano kompozitleri sıvı dağıtıcıya yerleştirdikten sonra, sıvı dağıtıcıya negatif bir basınç uygulayın, bu da nano kompozitlerin üç cc'lik bir şırınga namlusuna yüklenmesine neden olur.

Şırınga haznesine ince bir nozul takın ve nozulu mikroakışkan cihazdaki tüplere yerleştirin. Ardından, ağın dolmasına yardımcı olmak için gerekirse sıvı dağıtıcı üzerindeki basıncı 400 kilo paskal'a ayarlayın. Başka bir sıvı dağıtıcı kullanarak mikroakışkan ağın çıkış tarafına negatif bir basınç uygulayın.

Basınç uygulandıktan sonra, mikroakışkan ağ, plastik tüpten ağa giren nano kompozit süspansiyon tarafından doldurulur. Enjeksiyondan kısa bir süre sonra, nano kompozit dolgulu kompozit kirişler, ön kürleme için 30 dakika boyunca UV aydınlatmasına maruz bırakıldı. Daha sonra üretilen kirişleri fırında 80 santigrat derecede veya bir saatte, ardından 130 santigrat derecede bir saat daha kürleyin.

Fazla epoksi parçaları testere cilası kullanılarak kesildikten sonra, istenen boyutlara getirilen kirişler, imal edilmiş bir 3D takviyeli kirişin izometrik görüntüsü burada gösterilir. Bu kesit, nano kompozit filamentlerin dokuz katmanını göstermektedir. Bu şekil, üretilmiş bir kirişin kırılma yüzeyinin bir SEM görüntüsünü ve nano kompozit mikrofiberlerle gömülü kanallardan birinin daha yüksek büyütme görüntüsünü göstermektedir.

Kanal duvarında herhangi bir de bağlanma görülmediğinden, muhtemelen mürekkebin çıkarılmasından sonra kanalların hekzan ile uygun şekilde temizlenmesinin bir sonucu olarak, çevredeki epoksi ve sızan malzemeler iyi yapışmış gibi görünmektedir. Burada gösterilen aksine, mürekkebin çıkarılması sırasında hekzanın kullanılmadığı mekanik test sırasında kırılan ışınlardır. Ağ temizliğinden sonra kalan kaçak mürekkep izlerinden kaynaklanabilecek zayıf bir mekanik arayüzün bir sonucu olarak fiber de bağlanma gözlenir.

Karşılaştırma ölçütü olarak kullanılan kalıplanmış dökme epoksi numunelerinin depolama modülü ve 3D takviyeli kirişler burada gösterilmektedir. Gömülü ve çevreleyen epoksi malzemelerin kombinasyonu olan üretilen kirişler, sadece yaklaşık yaklaşık yüzde 0.18 ağırlık karbon nanotüplerin varlığı ile üstün sıcaklığa bağlı özellikler göstermektedir. Üç noktalı eğilme testi, karbon nanotüplerin konumlandırılmasının bir sonucu olarak, 3D takviyeli kirişlerin flekseral modülünün, saf epoksi sızmış kirişlere kıyasla %34'lük bir artış gösterdiğini göstermektedir.

Kalıplanmış dökme epoksi numuneleri referans için gösterilmiştir. Bu modelleme yaklaşımı, esnek mikroelektronikten 3D kompozit olmayan makro yapılara kadar çok çeşitli uygulamalar için kullanılabilir. Hatıralar için.

Yeni ve malzeme sistemine bakarak bu tekniğin sınırlarını zorlamak için çalışıyoruz ve ayrıca termoset ve termoplastik bazlı nano kompozitler kullanarak 3D serbest biçimli baskı gibi 3D inşa etmenin yeni yollarını araştırıyoruz. Teşekkür ederim.