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Nanozylinder-Vibration hilft bei der Quantifizierung der 3D-gedruckten Polymerhärtung

Forscher des National Institute of Standards and Technology (NIST) haben einen Schritt zur Herstellung präziserer und einheitlicher 3D-gedruckter Teile (z Methode härtet unter Lichteinwirkung zu starkem Kunststoff aus.

Das maßgeschneiderte Rasterkraftmikroskop (AFM) von NIST hat eine zylindrische Spitze im Nanomaßstab, die den komplexen Prozess der Harzhärtung zeigt, da sie unter Licht reagieren, um Polymere zu bilden, und es ist notwendig zu kontrollieren, wie viel Lichtenergie in die Polymerformung und den 3D-Druck eindringt Prozesse. Die Menge der Diffusion oder Diffusion.

Nanozylinder-Vibration hilft bei der Quantifizierung der 3D-gedruckten Polymerhärtung

Das in einem neuen Papier beschriebene NIST-Experiment zeigt, dass die Gesamtexpositionsbedingungen (und nicht die allgemein angenommene Gesamtlichtenergie) den Grad der Polymerdiffusion steuern. Beispielsweise verringert eine konstante oder kurze Erhöhung der Lichtintensität die Umwandlungsrate von Harz in Polymer und kann die Form des gedruckten Teils verformen. Für diese Messungen werden nur wenige Mikroliter Harz benötigt, wodurch die Kosten für die Herstellung und das Testen neuer Harze gesenkt werden können.

Projektleiter Jason Killgore (Jason Killgore) sagte: „Diese Forschung bringt wirklich die einzigartigen prozess- und materialwissenschaftlichen Erkenntnisse zutage, die unsere neue Messtechnologie liefert.“

Diese Arbeit basiert auf der verwandten AFM-Methode (Sample Coupled Resonance Photodynamics (SCRPR)), die zuvor vom NIST-Team entwickelt wurde und die Eigenschaften und Methoden von Materialien in Echtzeit im kleinsten Maßstab während des Aushärtungsprozesses messen kann. Diese Messungen werden mit einer herkömmlichen kegelförmigen AFM-Sonde durchgeführt, die geneigte Seiten hat und daher den Fluss oder die Dicke lokaler Flüssigkeiten, die technisch als Viskosität bezeichnet wird, nicht zuverlässig messen kann.

Jetzt haben NIST-Forscher Viskosität, Umwandlung und Diffusion quantifiziert, indem sie eine zylindrische AFM-Sonde verwendet haben, die gerade Seiten und einen konsistenten Flüssigkeitsfluss hat. Da die Sonde das Harz stört, wird seine Schwingung um einen gewissen Betrag reduziert, abhängig von der Zylinderlänge und der Flüssigkeitsviskosität. Der Anstieg der Viskosität des flüssigen Harzes hängt mit der Umsatzrate zusammen, so dass die Entwicklung des Polymers in Raum und Zeit gemessen werden kann.

Forscher verwenden numerische Strömungsmechanik, um Änderungen der Kraft und Geschwindigkeit von Nanozylindern zu simulieren, die Schwingungen verlangsamen oder dämpfen, um die Menge an Harz zu bestimmen, die von der Bewegung betroffen ist. Durch die Korrelation der SCRPR-Dämpfung mit der Harzviskosität und der Umwandlungsrate zeichneten die Forscher die räumliche Beziehung zwischen Umwandlungsrate und Zeit unter verschiedenen Expositionsbedingungen auf.

Das AFM ist mit einem Lichtmodulator ausgestattet, der das gemusterte Licht von der LED auf die Harzprobe leitet. Die Messergebnisse der Umwandlungsrate des schnellhärtenden Harzes zeigten, dass sich das Polymer innerhalb weniger Sekunden nach der Belichtung mehrere Dutzend Mikrometer von der Lichtquelle entfernt ansammelte, was den Grad und die Geschwindigkeit der Diffusion anzeigte. Die Größe des Lichtmusters ist sehr wichtig. Bei gegebener Lichtintensität und -dauer führen breitere Funktionen zu höheren Konversionsraten.

SCRPR hat das Interesse der Industrie geweckt. Killgore sagte, dass bisher ein Unternehmen das NIST besucht und das Instrument verwendet hat.

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