Impresoras 3d

Desarrollan reómetro en línea para impresión FDM

Desarrollan reómetro en línea para impresión FDM

Diseño de boquilla de reómetro en línea: (a) boquilla personalizada, (b) columna de transferencia de carga, (c) y (d)] columna de transferencia de carga más termopar insertado en el puerto de presión de la boquilla, (e) abrazaderas personalizadas para la célula de carga, y (f) conjunto completo.

Los investigadores, procedentes de la University of Massachusetts Lowell y Saint-Gobain Research North America, publicaron recientemente un trabajo titulado «In-line rheological monitoring of fused deposition modeling«, sobre su trabajo de desarrollo de un reómetro en línea para el proceso FDM.

Dimensiones de la boquilla medidas por tomografía computarizada de rayos X.

El resumen dice: «Por primera vez se ha incorporado un reómetro en línea a una impresora de modelado de deposición fundida, diseñando una boquilla modificada con un transductor de presión personalizado y un termopar para medir la temperatura de la masa fundida procesada. Adicionalmente, las tasas de flujo volumétrico y de cizallamiento fueron monitoreadas contando los pulsos del motor paso a paso así como los pulsos de un codificador de filamento personalizado para tomar en cuenta el deslizamiento del filamento y los pasos del motor que se saltaron.

Se describen la incorporación de los sensores y el diseño y desarrollo del reómetro en línea; y se presentan las presiones, temperaturas y viscosidades dentro de la boquilla de impresión 3D. El reómetro en línea fue validado contra la reología rotacional tradicional fuera de línea y las mediciones de reología capilar mediante el análisis de dos materiales poliméricos: policarbonato y poliestireno de alto impacto.

Se consideró una variedad de correcciones reológicas para el reómetro en línea, incluyendo efectos de entrada, correcciones no newtonianas, calentamiento por cizallamiento, efectos de presión y fluctuaciones/exactitudes de temperatura. Se obtuvo un excelente acuerdo entre los reómetros en línea y fuera de línea después de aplicar las correcciones más críticas, que fueron los efectos de entrada, las correcciones no newtonianas y las inexactitudes de temperatura.

Después de aplicar las correcciones apropiadas, el reómetro en línea proporciona una medición precisa de la viscosidad que puede utilizarse para la supervisión en tiempo real y el control del proceso».

Los reómetros en línea, o en línea, son validados con mayor frecuencia mediante la aplicación de correcciones antirreológicas, y luego comparando las mediciones en línea con las mediciones fuera de línea. Estas correcciones son importantes para obtener mediciones precisas de la viscosidad, pero según el artículo, «los reómetros en línea aún no han sido incorporados o estudiados en FDM para confirmar los cálculos teóricos o para estudiar la influencia de la reología en las propiedades finales».

Este artículo describe el diseño del transductor de presión y la boquilla personalizados necesarios para el reómetro en línea. El rendimiento del reómetro se valida contra mediciones reológicas fuera de línea, así como con una comparación en línea con un reómetro capilar. Finalmente, se considera y discute una variedad de correcciones reológicas, incluyendo efectos finales, flujo no newtoniano, disipación viscosa, efectos de presión y correcciones de temperatura», escribieron los investigadores.

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Sistema de sensores, dispositivos y conexiones para reología en línea y monitoreo de procesos.

Los investigadores también analizaron la disipación viscosa, aunque se determinó que era insignificante y no se aplicaron correcciones a los datos. Se utilizó una impresora 3D LulzBot TAZ 6 , y los investigadores desarrollaron un nuevo sistema de boquillas, completo con varias piezas personalizadas, para crear el reómetro en línea.

Tanto las abrazaderas de la célula de carga como las boquillas fueron producidas a partir de fundiciones de latón de patrones de cera perdida impresos en 3D por Shapeways, y los filamentos de policarbonato (PC) y poliestireno de alto impacto (HIPS) fueron analizados en el reómetro en línea.

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Configuración de la junta CapRheo/FDMRheo para verificar las mediciones de presión FDMRheo contra un transductor de presión CapRheo.

Los investigadores validaron el reómetro FDM en línea (FDMRheo) mediante la impresión en 3D en un espacio abierto con una boquilla estacionaria elevada 30 cm por encima de la placa de construcción. Tanto la capilarrheología (CapRheo) como la reología rotacional (RotRheo) se realizaron para los materiales HIPS y PC. Los investigadores encontraron que el FDMRheo que diseñaron era capaz de proporcionar mediciones muy precisas de la viscosidad.

El FDMRheo puede recopilar datos en un amplio rango de temperaturas y velocidades de corte para generar un modelo Cross-WLF exitoso para analizar curvas de viscosidad continua en función de la temperatura, velocidad de corte y presión.

El sensor para medir la velocidad de avance del filamento, así como el termopar para medir la temperatura de la masa fundida, eran críticos para el despliegue y la precisión del reómetro en línea. Los efectos de entrada fueron la corrección más significativa para obtener una viscosidad precisa, por lo que la corrección de Bagley debe aplicarse para permitir que el FDMRheo se utilice para el control de proceso en tiempo real del proceso FDM.

Por ejemplo, se podría desarrollar un esquema de control para optimizar la velocidad de impresión mientras se mantienen las presiones y viscosidades dentro de la ventana de procesamiento ideal», concluyeron los investigadores.

El FDMRheo es adecuado para analizar la viscosidad de nuevos materiales imprimibles en 3D para introducir más rápidamente nuevos materiales en el mercado; la visión es que el reómetro puede permitir la optimización automática del proceso y el aseguramiento de la calidad utilizando modelos basados en la física para la fusión de la soldadura (es decir, la resistencia entre capas), la tensión residual, la densidad de impresión y la contracción».

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