Polimer Tozlar için Freeze-Drying'in Temelleri
Ücretsiz olarak, teknik olarak, katkı için sağlam olarak bilinen, bu yöntem, katın ısıtılmasından daha iyi olan partiküllerin nemlerini kaldıran bir dehidrasyon sürecidir.En az üç aşamaya kadar betonarme ve ikincil kurutma (girişme) ve ikincil kurutma (temizleme) sırasında, polimer dağılımı veya çözümün arkasındaki ısı geçişinin altında yatan partikülleri genellikle ısıtılması gerekir.
Temel üretim için, özellikle seçici lazer sintering (SLS) ve binder jetting gibi teknikler, toz kalitesi doğrudan parça yoğunluğu, yüzey bitirmek ve mekanik özellikleri etkiler. Freeze-kurumlama, oturmalı polimerlerin veya nemlerin hassas olduğunu sağlar - bu da ısıtılabilir.
Moisture Control Neden Katkıda Eleştirel
Moisture, polimer toz yatak füzyon süreçlerindeki en yaygın kusurların biridir. Küçük miktarda absorbe edilen su - ağırlıktan% 0.1'in üzerinde -bu sorunları azaltmak için - endüstriyel üreticiler tarafından talep edilen bir eşiği, çatlakları ve boyutsal hataların aksine, aşırı nem, binme veya partikül sınırları ile erken reaksiyona neden olabilir.
Dahası, donmuş tozların göz ardı edilebilir doğası, poliamid 12 (PA12) ve poliether ether a (PE) gibi yarı iletken polimerler için daha hızlı bir şekilde yükseltilebilir ve ısı geçişi için hassas ısı kontrolüne güvenen bir toz daha da azaltır.
Geleneksel Kurun Yöntemleri ile Karşılaştırmak
- [FONT:0)Oven kurutma:[Dönetici:[Dönetici] Inexpensive ama parçacık agglomerasyon, termal bozulma ve non-uniform nemi ortadan kaldırmasına neden olabilir.
- [FONT:0]Vacuum kurutma: [DÜT:1] Düşük sıcaklıklar fırın kurutmadan daha düşük sıcaklıklara sahiptir, ancak hala yüksek sıcaklıklarda yüzey erimesi ve pore çöküyor.
- [FONT:0]Ücretsiz: [Dönetici:[Dönetici: 0)Demek:[Dönetici: 0))Demek:[Düzgülün:0)Ücretsiz suları, polimer matrisini rahatsız eden faz değişiklikleri olmadan ortadan kaldırır.
- [FONT:0)Desiccant kurutma:[Dönetici:[Dönetici:0) Etkili sadece düşük toz için etkili ve genellikle% 0.1 altında derin nem geri yükleme için yetersiz.
Bu karşılaştırmalar göz önüne alındığında, donma işlemi, farmakoloji torbaları, havacılık bileşenleri ve elektronik konutlar gibi talep edilen yüksek değerli polimer tozları için tercih edilen yöntemdir.
3D Printing için Toz Özelliklerlerini Nasıl Serbestyor
Bir toz katkı üretimi için kalitesi, akış, yığın yoğunluğu, parçacık şekli ve yüzey alanı gibi parametreler tarafından değerlendirilir. Freeze-kuruluş tüm bunları olumlu etkiler.Bir polimer çözümü veya emulsion dondurulmuş veya değirmenli bir durumdaki partikülleri düzelterek, yüksek yüzey alanı boyunca yüksek bir göz ardı edebilir.
Akışkanlık, genellikle Hausner oranı veya rezose açısı tarafından ölçülmektedir, aynı zamanda geliştirilmiştir. Freeze-dried tozlar daha fazla düzgün bir şekle sahip olma eğilimindedir (örneğin, takma kenarlarla üretilen PA12 tozları) ve daha az ince, interpartikül oranını azaltır. SLS'de, tutarlı bir akış, silindir veya bıçakların sıkı toleranslara ulaşma ihtiyacı olan tabakalara yardımcı olur. Örneğin, PA12 tozları kullanarak üretilen ısıtılabilir.
Kimyasal Bütünlükleri Korumak
Birçok gelişmiş polimerler, policaprolactone (PCL) gibi, biyomedikal scaffolds ve poliurethane elastomerleri esnek parçalar için hassas olan, karbon nanotüpler veya hidrolysis gibi - son baskılı moleküllerin - son baskılı kısmın kimyasal bozulmamasını sağlamak için kullanılan kimyasal bozulmalar.Bu koruma sıcaklığın altında, 200 °C'ye kadar sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık
Toz Bed Fusion ve Binder Jetting Teknolojileri için Anahtar Avantajlar
Seçici lazer sintering (SLS) ve binder jetting, serbest dolaşım polimer tozlarına güvenen iki birincil katkılı üretim süreçleridir. SLS'de, lazer, her parçacığın yüzeyinin bir araya getirmeli ve ek olarak, donmuş herhangi bir nemin ısıtılması, lazerin ısıtılması, lazerin daha verimli bir şekilde ısıtılması ve gerekli olan ısıtılması gerekir.
Binder jettinginde, sıvı bir binder, bir toz yatağının birlikte yapıştırılması için seçici olarak depolanır. Burada, nem kontrolü daha da kritiktir, çünkü su absorbe edilebilir ve baskının yayılmasının nedeni ile reaksiyona girer. Freeze-dried tozların solunda kalması ve tutarlılığın yüzde 40'ı daha yüksek yeşil enerjiye nüfuz etmesine izin verir.
Toz geri dönüşüm ve sürdürülebilirlik
Donmuş olmanın gizli yararlarının biri, toz geri dönüşümü ile uyumluluğudur. Birçok AM sürecinde, kullanılmamış toz PEEK veya Ultem gibi pahalı polimerlerin hayatını genişletebilir ve maddi atıkları azaltır. Serbestleştirici makineler, birçok inşa döngüsü boyunca moderniteye entegre edilebilir bir yöntem sunar.
Endüstriyel Uygulamalar ve Malzeme Sistemleri
Ücretsiz polimer tozları, geniş bir endüstri yelpazesinde kullanılır. Uzayda, alevli polietherimide (PEI) tozları, sabit alev direnci ve mekanik özellikleri kabin bileşenleri için yeniden kullanılabilir hale getirmek için dondurulur. Biyomedikal mühendisliğinde, donmuş poli(lactic asit) ve poli(lactic-colic asit) (PLGA) yumuşak bornozlar ve yumuşak bornozlar ile ısıtılır.
Ana akım termoplastiklerin ötesinde, donma-kurumlu malzemeler gibi yeni malzemelerin işlenmesine olanak sağlar, metal-polimer hibritler ve uyuşturucu yüklenmiş implantlar. Örneğin, Biomedical Materials) Üniversitesi'nde yayınlanan bir çalışma, donmuş bir poliethüloz (PES) küçük tozları kullanarak küçük parçalar oluşturur.
Malzeme-Specificceptations
- [FONT:0]Semi-kristal polimerler (PA12, PEEK, PP): ), Freeze-kuru koruma kristal bölgeleri; ikincil olarak yeniden kristalleşmeyi önlemek için Tg'nin üzerinde ısıtmadan kaçının.
- [FONT:0] Amorphous polimerler (PC, PEI, PSU): [Dönderlik için daha hassastır; t-butanol/su karışımlarında donmuş bir çözümden yararlanın, çökmeden yüksek bir porosity sağlayabilir.
- [FONT:0]Elastomerler (TPU, silikon): ), uçucu bir çözücüde bir dağıtımdan alıntı yapmak film oluşumunu önler ve yumuşak parçacık morfolojisi korur.
- [FONT:0)Bio tabanlı polimerler (PLA, PHA): [Dönerlilere Hassas; -20 °C'de donanma veya daha düşük moleküler ağırlık ve bozulma profili korur.
Polimer Tozlar için Freeze-Drying Parametreleri
Donmuş kurutma makinesi farmasötik ve gıda endüstrisinde iyi kurulsa da, polimer toz işleme uygulamasına uygulanması, çeşitli parametrelerden dikkatli bir şekilde optimizasyonu gerektirir.En kritik soğutma oranı, birincil kuru ısı ve baskı ve ikincil kuru temizleme uç noktası oluşturur.For polimer sistemleri, yavaş bir soğutma oranı (0.1-1 °C /min) genellikle daha büyük bir boşluk sağlar.
Birincil kurutma sırasında, sıcaklık sadece Tc'nin alt ısının altında kalması gerekir.Oda basıncı genellikle 10-30 Pa'ya bağlıdır, en termoplastikler için, Tc - 10 °C ve -30 °C arasındadır. Kontrollü olarak sadece Tc, yüksek basınç artışı olmadan alt ısıyı en üst düzeye çıkarmak için.
Ekipman seçimi de önemlidir. Tray-style kurutucular, deşarj sırasındaki parçacıklarını bozmak için sürekli donduranmış, ancak ideal olarak, işlem ücretsiz pompalar üretmek için tasarlanmıştır.For polimer tozu için, ekipman, doğrudan deşarj sırasında statik suçlamaları önlemek için geri yükleme içerir. Bazı üreticiler yumuşak agglomerler kurutmadan sonra bir değirmen parçası eklenmiş bir şekilde, ideal olarak işlem ücretsiz pompa üretmek için tasarlanmıştır.
Scale-Up Challenges
Soğutmalı dondurma tariflerini laboratuvar ölçeğinden üretim ölçeğine transfer etmek, ısı transferinde ve buz kristal formasyonlarında non-kurumları ile ısıtmak, diğerlerinden kısmen hidratize etmek için.For polimer tozları için bu risk daha da artmaktadır, çünkü bir toz yatağının ısı iletken toz tabakalarını (5–15 mm) kullanarak daha yüksek çözünürlükte veya mikrodalga fırınları kullanarak, ürün hacmitr olarak ısıtmak için bir miktar daha fazla ısıtmak için yüksek çözünürlükte.
Meydanlar ve Sınırlar
Avantajlarına rağmen, donma-kurum evrensel kabul edilmeyi engelleyen sınırlamalara sahiptir.Mutfak dondurmacılar yüksektir - pilot birimlerden yaklaşık 1 milyondan fazla bir süre boyunca tam ölçekli sistemler için tasarruf sağlar. İşletim maliyetleri, kilo vermenin maliyetinin düşük maliyetli olduğu için de yüksektir, ancak soğuk tuzaklar aracılığıyla büyük su tasarrufu nadiren haklı çıkar.
Bir başka meydan okuma, polimerin başlangıçta su ile organik bir çözücüde çözüleceği gibi termosiyon veya klorform gibi çözücüleri kaldırabilir, ancak daha yüksek buhar basıncının daha düşük sıcaklıklar ve daha uzun döngüleri gerektirmesi gerekir. Bazı çözücüler, polimerin plastikleştirilmesine yol açar, bu tür durumlarda, pompalanan bir ko-solvent sistemi veya daha yüksek su için bir lavabo veya su değiştirme işlemine yol açar.
Future Outlook ve Araştırma Yolu
Araştırma bu sınırlamaları aktif olarak ele alıyor. Bir umut verici alan, bir polimer çözümün hareket eden veya dönen bir davulla çalışan sürekli dondurma sistemlerinin geliştirilmesi, zamanları azaltır ve nem içeriğinin doğrusal izlemesine izin verir. Başka bir yöne, 3D Systems ve SLS gibi şirketler için ideal, bir polimer çözümün organik tozlama profillerine entegre edilmesi için özel olarak toz hazırlama uzmanlarının da araştırıyor.
Biyomedikal alanda, donmuş-kuruluş, bu şüphelileri doğrudan kişiselleştirilmiş ilaç kullanarak baskı altına alan biyomalzemeler için kontrollü bir şekilde serbest bırakmakta olan biyomalzemeler oluşturabilir.Avrupa Birliği'nin Ufuk 2020 inisiyatifi gibi, Avrupa Birliği'nin Ufuk 2020 girişimi gibi, sertifikalı biyomalzemeler için standartlar geliştirme yeteneğine sahiptir.
Diğer kesme uygulaması, yüksek sıcaklık polimerlerinin polibenzimidazole (PBI) veya poliimide (PI) havalimanları ve savunma için sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık, bu yüzden donmuş gibi kaynaklarla işlenmelidir. Dış bağlantılardan alınan kaynaklarla ilgili olarak PBI'nin lazer sinteringi (PI) fikresi ile ilgili olarak, 3D baskılı roketler için kapıların açılmasına izin verir.
Özetle, don-kurum sadece bir hazırlık adım değil, ancak yüksek performanslı polimer katkı maddeleri için stratejik bir olanak sağlar.Pozitif akış kabiliyeti, saflık ve yapısal bütünlüğü, 3D baskının kabul edilmesi ile birçok şişen ele alınması, kritik mühendisler için devam eder ve prosesler inovasyon yoluyla kısa sürede azalır, dondurma işlemi muhtemelen polimer toz tedarik zincirinde standart bir işlem aşaması haline gelecektir.