[ad_1]
Para peneliti di Laboratorium Nasional Oak Ridge Departemen Energi merancang polimer baru untuk mengikat dan memperkuat pasir silika untuk pembuatan aditif jet pengikat, metode pencetakan 3D yang digunakan oleh industri untuk pembuatan prototipe dan produksi bagian.
Ilmuwan Laboratorium Nasional Oak Ridge Tomonori Saito menunjukkan istana pasir cetak 3D di Fasilitas Demonstrasi Manufaktur DOE di ORNL. Kredit: Carlos Jones/ORNL, Departemen Energi AS
Polimer yang dapat dicetak memungkinkan struktur pasir dengan geometri rumit dan kekuatan luar biasa – dan juga larut dalam air.
Pembelajaran, diterbitkan di Komunikasi Alam, mendemonstrasikan jembatan pasir cetak 3D yang setinggi 6,5 sentimeter dapat menahan 300 kali beratnya sendiri, suatu prestasi yang serupa dengan 12 Empire State Buildings yang berdiri di Jembatan Brooklyn.
Proses pencetakan jet pengikat lebih murah dan lebih cepat daripada metode pencetakan 3D lainnya yang digunakan oleh industri dan memungkinkan untuk membuat struktur 3D dari berbagai bahan bubuk, menawarkan keuntungan dalam biaya dan skalabilitas. Konsepnya berasal dari pencetakan inkjet, tetapi alih-alih menggunakan tinta, kepala printer mengeluarkan polimer cair untuk mengikat bahan bubuk, seperti pasir, membangun desain 3D lapis demi lapis. Polimer pengikat inilah yang memberi kekuatan pada pasir cetak.
Tim menggunakan keahlian polimer untuk menyesuaikan polietilenimin, atau PEI, pengikat yang menggandakan kekuatan bagian pasir dibandingkan dengan pengikat konvensional.
Bagian yang dicetak melalui pengaliran pengikat awalnya berpori saat dikeluarkan dari alas cetak. Mereka dapat diperkuat dengan menginfiltrasi desain dengan bahan lem super tambahan yang disebut cyanoacrylate yang mengisi celah. Langkah kedua ini memberikan peningkatan kekuatan delapan kali lipat di atas langkah pertama, membuat komposit pasir polimer lebih kuat dari bahan bangunan lainnya dan yang dikenal, termasuk pasangan bata.
“Beberapa polimer cocok untuk berfungsi sebagai pengikat untuk aplikasi ini. Kami sedang mencari sifat tertentu, seperti kelarutan, yang akan memberi kami hasil terbaik. Temuan utama kami adalah struktur molekul unik pengikat PEI kami yang membuatnya reaktif dengan cyanoacrylate untuk mencapai kekuatan luar biasa,” kata Tomonori Saito dari ORNL, peneliti utama proyek tersebut.
Bagian yang dibentuk dengan pengikat konvensional dibuat lebih padat dengan bahan infiltrat, seperti lem super, tetapi tidak ada yang mendekati kinerja pengikat PEI. Kekuatan pengikat PEI yang mengesankan berasal dari cara polimer bereaksi terhadap ikatan dengan cyanoacrylate selama proses curing.
Salah satu aplikasi potensial untuk pasir berkekuatan super adalah untuk memajukan perkakas untuk pembuatan komposit.
Pasir silika adalah bahan yang murah dan tersedia yang telah menarik minat di sektor otomotif dan kedirgantaraan untuk membuat komponen komposit. Bahan ringan, seperti serat karbon atau fiberglass, dililitkan di sekitar inti pasir cetak 3D, atau “alat”, dan diawetkan dengan panas. Pasir silika menarik untuk perkakas karena tidak berubah dimensi saat dipanaskan dan karena menawarkan keunggulan unik dalam perkakas yang bisa dicuci. Dalam aplikasi komposit, menggunakan pengikat yang larut dalam air untuk membentuk perkakas pasir sangat penting karena memungkinkan langkah pencucian sederhana dengan air keran untuk menghilangkan pasir, meninggalkan bentuk komposit berongga.
“Untuk memastikan akurasi di bagian perkakas, Anda membutuhkan bahan yang tidak berubah bentuk selama proses, itulah sebabnya pasir silika sangat menjanjikan. Tantangannya adalah untuk mengatasi kelemahan struktural di bagian pasir,” kata Dustin Gilmer, mahasiswa Universitas Tennessee Bredesen Center dan penulis utama studi tersebut.
Cetakan dan inti pengecoran pasir saat ini memiliki penggunaan industri yang terbatas karena metode komersial, seperti perkakas pencuci, menerapkan panas dan tekanan yang dapat menyebabkan bagian pasir pecah atau gagal pada percobaan pertama. Bagian pasir yang lebih kuat diperlukan untuk mendukung manufaktur dalam skala besar dan memungkinkan produksi suku cadang yang cepat.
“Komposit pasir polimer kekuatan tinggi kami meningkatkan kompleksitas bagian yang dapat dibuat dengan metode pengaliran pengikat, memungkinkan geometri yang lebih rumit, dan memperluas aplikasi untuk manufaktur, perkakas, dan konstruksi,” kata Gilmer.
Binder baru ini memenangkan R&D 100 Award 2019 dan telah dilisensikan oleh mitra industri ExOne untuk penelitian.
Artikel jurnal diterbitkan sebagai “Pembuatan aditif dari struktur pasir silika yang kuat yang diaktifkan oleh pengikat polietilenimin.”
Pekerjaan ini disponsori oleh DOE’s Office of Energy Efficiency and Renewable Energy dan menggunakan sumber daya yang didukung oleh DOE’s Office of Science.
UT-Battelle mengelola ORNL untuk Department of Energy’s Office of Science, satu-satunya pendukung terbesar penelitian dasar dalam ilmu fisika di Amerika Serikat. Office of Science bekerja untuk mengatasi beberapa tantangan paling mendesak di zaman kita. Untuk informasi lebih lanjut, silahkan kunjungi energy.gov/science.
Sumber: ORNL
[ad_2]
