적층 재료 혁신의 변혁적 힘

느리지만 꾸준하게 적층 제조(AM)가 주류 생산 환경으로 발전하면서 모든 종류의 제품이 설계, 제작 및 제공되는 방식이 변화하고 있습니다. 첨단 소재의 진화는 향상된 물리적 특성을 갖춘 최종 사용 부품과 제품을 강화하여 더 낮은 비용으로 더 많은 활용도를 제공하고 더 빠른 배송과 더 적은 폐기물을 제공함으로써 업계를 더욱 발전시키고 있습니다.

연구 기관인 SmarTech Analysis에 따르면, 폴리머 AM 기술은 향후 10년 동안 다양한 산업으로 이동하여 인쇄 생산량이 2030년까지 연간 약 260억 달러로 성장할 것으로 예상됩니다. 업계 관찰자는 연구를 종합하면서 프로토타입에 걸친 AM 폴리머 부품을 살펴보았습니다. 자동차, 항공우주, 소비재, 에너지, 의료 등 8개 산업 부문에 걸친 최종 사용 생산 부품은 물론 도구, 툴링까지.

특히, 3D 프린팅용 적층 재료 개발과 관련된 고분자 과학은 본질적으로 전통적인 제조용 재료를 생산하는 데 사용되는 과학보다 더 복잡합니다. 더욱이 오늘날의 3D 프린팅 플랫폼에는 CNC 및 사출 성형에서 볼 수 있는 엄격한 공정 제어가 부족한 경우가 많아 또 다른 어려움이 가중됩니다.

첨가제 재료의 궤적을 추적하는 것은 기존 및 새로운 폴리머 조합에서 더 큰 가치를 추출하기 위한 새로운 프로세스와 불가분의 관계가 있습니다. 두 가지를 모두 종합적으로 살펴보는 것이 시장 격차를 줄이는 동시에 새로운 제조 혁신을 주도하는 데 핵심입니다.

AM 채택이 가속화됨에 따라 새롭고 향상된 재료는 물론 입증된 사용 사례 및 성능 검증에 대한 수요도 늘어나고 있습니다. 현재 가장 큰 제약 중 하나는 더 나은 성능의 재료의 가용성을 높여야 한다는 것입니다. 고분자 과학을 우선시하는 기업은 더 넓은 범위의 응용 분야에 대한 유용성을 향상시키기 위해 부가가치 속성을 갖춘 상용 수지를 향상시킴으로써 시장을 가장 먼저 혼란에 빠뜨릴 것입니다.

가장 많이 사용되는 플라스틱 소재 중에는 폴리아미드(나일론으로 알려짐), ABS 열가소성 수지(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌), PLA(폴리락트산), PC(폴리카보네이트) 소재에 대한 지속적인 개발이 진행되고 있습니다. 이들 각각은 폴리머 특성, 성능 특성 및 인쇄성 측면에서 뚜렷한 장점과 단점을 가지고 있습니다.

전부는 아니더라도 가장 널리 사용되는 첨가제 재료의 대부분은 폴리머 제형 및 배합 공정의 개선을 통해 향상될 수 있습니다. 형태와 입자 결정화를 제어하는 ​​고도로 전문화된 기술이 필요하므로 화학자와 과학자는 새로운 재료 공식을 만들고 반복해야 합니다.

예를 들어, 나일론 6/6은 사출 성형에 가장 널리 사용되는 상업용 나일론 중 하나입니다. 결정성이 높은 폴리머인 나일론 6/6은 수축률이 높기 때문에 일반적으로 상대적으로 작은 부품을 생산하는 데 사용됩니다. 그러나 결정화 동역학을 수정하는 능력은 이 안정적이고 입증된 재료의 사용을 확장하여 더 큰 폼 팩터를 생산할 수 있습니다.

마찬가지로 폴리카보네이트와 같이 일반적으로 비정질인 폴리머에 결정성을 유도하는 능력은 분말층 융합 분야에서 널리 사용되는 3D 프린팅 플랫폼인 선택적 레이저 소결(SLS)을 사용하여 이러한 재료를 생산할 수 있는 기회를 열어줍니다. . 그 결과 훨씬 더 가벼운 폼 팩터에서 사출 성형 폴리카보네이트 부품의 높은 인성과 투명도를 나타내는 비정질 폴리카보네이트 소재가 생산되었습니다.

폴리머 가치 사슬은 3D 프린팅부터 기존 성형, 압출, 밀링 또는 분말 코팅에 이르기까지 화학적 생성부터 제형, 폼 팩터 변환, 유통 및 제조 방법까지 확장됩니다. 모든 유형의 제조에 적층 재료를 최적화하는 것은 쉬운 일이 아닙니다.

이러한 이유로 고분자 과학자들은 재료 강도, 연성, 내구성, 내화학성 및 내습성, 무게, 지속 가능성을 향상시키는 동시에 비용을 낮추기 위해 미지의 영역에 진출하고 있습니다. 이를 위해서는 재료 생성 및 형성의 구조와 방법을 수정하기 위해 화학, 고분자 엔지니어링 및 제조 프로세스의 신중한 조정과 조정이 필요합니다.