Nghiên cứu đầu tiên được dành cho việc phát triển những vật liệu hỗ trợ cho
việc đúc phun những vật liệu dẻo. Động lực ban đầu cho sự kết hợp vật liệu này là việc tạo ra những chỉ tiết chắc chắn, những polymer bên có thể đúc được giống như Ultem và PEEK. Những vật liệu này có những thuộc tính tốt hơn tất cả những vật
liệu polyme tạo mẫu nhanh hiện thời, và rất thích hợp cho quy trình SDM. Tuy nhiên, những vật liệu này phải được đun nóng đến nhiệt độ cao để lắng đọng, và
khả năng chịu đựng nhiệt độ cao của vật liệu hỗ trợ được đòi hỏi bổ sung để sử dụng trong quá trình SDM. Việc xác định những vật liệu hỗ trợ có khả năng chịu nhiệt độ cao là một quá trình khó. Một vài loại vật liệu đã được khảo sát: Nhựa lỏng
cảm quang Stereolithography, Các chất dính cảm quang, mạch tích hợp quang trở,
Mặc dù không có vật liệu nào trong những vật liệu trên tỏ ra tương thích với những polyme đúc phun nhiệt độ cao, việc nghiên cứu chỉ dẫn đến việc phát hiện ra
những vật liệu solder mask. Những vật liệu cảm quang, vật liệu hoà tan trong nước
có thể dùng như những vật liệu hỗ trợ cho những vật liệu cảm quang làm chỉ tiết, cho phép sự phát triển sau này sự kết hợp những vật liệu SDM lưu hoá nhanh cho những mục đích thử nghiệm. Những vật liệu hàn mặt nạ này cũng được sử dụng sau này như những vật liệu hỗ trợ cho những vật liệu sáp dẻo, trong quá trình Mold SDM được phát triển bởi Cooper et al. Những thông tin chỉ tiết về những vật liệu
này có thể được trình bày trong mục A.1 trong phụ lục.
5.3.2 Chỉ tiết UY-Curable và những vật liệu hỗ trợ cho chu kỳ nhanh.
Khi những vật liệu hỗ trợ tích hợp không thể được tìm ra cho việc sử dụng với
những vật liệu đúc phun dẻo, những ứng dụng khác của qúa trình SDM sử dụng những polymer đã được tìm ra. Ứng dụng thành công sớm nhất là việc cung cấp môi trường tạo mẫu cho việc sản xuất những chỉ tiết kim loại bằng quy trình SDM.
Những chỉ tiết kim loại phức tạp có thời gian xây dựng tương đối dài. Quá trình lắng
đọng vật liệu thì tương đối nhanh, nhưng những bước tạo dáng vật liệu thì chậm hơn
nhiều bởi vì những kim loại cứng đòi hỏi tốc độ gia công thấp. Việc sử dụng những
vật liệu polymer cho phép tạo những mẫu có hình dạng phức tạp nhanh hơn vì tỐC
độ gia công những vật liệu này nhanh hơn nhiền so với kim loại. Để cải thiện hơn
nữa tốc độ quá trình cho nguyên mẫu như vậy, những vật liệu polymer với chu kỳ nhanh được nghiên cứu. Những vật liệu hỗ trợ được đánh giá cho hệ thống này là
nhựa cảm quang; những mặt nạ hàn cảm quang được sử dụng như những vật liệu hỗ trợ. Sự kết hợp vật liệu tốt nhất được tìm thấy là vật liệu nhựa quá trình lập thể
Somos 2100 acrylate với hỗn hợp vật liệu hỗ trợ hàn mặt nạ, sử dụng nước để loại
sự liên kết vật liệu này. Sự sao chép này được mô tả trong hình 5.1, và khuôn phun SDM thép không rỉ nguyên bản được mô tả trong hình 5.2. Có một vài hạn chế về
sức bền và độ co của những vật liệu chế tạo chỉ tiết này, vì vậy những vật liệu cảm
quang đã được nghiên cứu thêm nữa. Không có vật liệu chất lượng cao hơn nào được xác định, mặc dù một loại vật liệu mới rõ ràng cần phải được phát triển trong những nghiên cứu tương lai.
Độ bên không đủ của những vật liệu chế tạo này bắt buộc một sự trổ lại với những vật liệu chế tạo ban đầu được sử dụng tại đại học Carnegie Mellon. Những thông tin chỉ tiết hơn về những vật liệu ban đầu này xem ở phần A.2 trong phụ lục.
Hình 5.1. Chỉ tiết nhựa acrylate lập thể. [1]
Hình 5.2. Chi tiết thép không rỉ. [I]
5.3.3 Những vật liện hỗ trợ khả năng loại bỏ hoàn toàn cho tiết đúc.
Những vật liệu chế tạo được xác định đầu tiên bởi những nhà nghiên cứu tại trường Carnegie Mellon. Những vật liệu này có độ bền cao và độ dẻo dai tốt, nhưng
sự xuất hiện của những loại vật liệu này bị giới hạn bởi những vật liệu hỗ trợ hiện
tại. Những vật liệu sáp hỗ trợ được sử dụng đòi hỏi rất nhiều công sức cho việc loại
vật liệu chế tạo chỉ tiết. Trong khi điểu này có thể chấp nhận được rộng rãi, những chỉ tiết dạn hộp sẽ được xây dựng trong lúc, nó ngăn cẩn việc sản xuất chỉ những chỉ
tiết với những hốc nhỏ bên trong hoặc những cơ cấu tỉnh vi. Đối với những ứng dụng
này thì có thể thực hiện được, loại bỏ hoàn toàn vật liệu hỗ trợ được đòi hổi — điều
này vẫn đang được theo đuổi trong những nghiên cứu tiếp theo. Một vài phương
pháp loại bỏ vật liệu và những vật tiểm tàng đã được xác định và đánh giá, bao gồm: solder marks được hoà tan bằng nước, những loại sáp có khả năng tan trong nước được hòa hoà tan bằng nước, Các loại nhựa epoxy được hoà tan bằng các dung môi, và các loại sáp được hoà tan bằng các dung môi hữu cơ. Một dung môi làm
sạch gọi là BIOACT 280 được tìm thấy để hoà tan hoàn toàn các vật liệu sáp hỗ trợ.
Điều này dẫn đến một sự kết hợp vật liệu thành công của LUC-4180 vật liệu chế
tạo polyurethane và vật Hiệu sáp hỗ trợ Protowax, với BIOACT 280 dành cho việc
loại bỏ vật liệu hỗ trợ. Một vài chỉ tiết được làm sử dụng những sự kết hợp vật liệu này; Hai chỉ tiết được trình bày trong hình 5.3. Những thông tin chỉ tiết hơn về
những vật liệu này có thể xem trong phần A.3 của phụ lục.
Hình 5.3 Những bộ phận lắp ráp bằng LUC-4180 polyurethane [1]
5.3.4 Những vật liệu chế tạo có thể đúc được dành cho những chu kỳ ngắn.
Trong khi LUC -4180 polyurethane và vật liệu hỗ trợ Protowax là một sự kết
hợp vật liệu hữu ích, nhưng nó không hoàn hảo. Một hạn chế của sự kết hợp này là
những chu kỳ dài được yêu cầu bởi vật liệu chế tạo polyurethane - 12 giờ được yêu cầu giữa việc đúc và gia công. Những giới hạn này chỉ cho phép tạo ra tối đa từ 1-
1.5 lớp một ngày trên một chỉ tiết đơn lẻ, bởi vì hơn 12 giờ được đòi hỏi giữa những
lẫn đúc liên tiếp. Để rút nắn chu kỳ sản xuất cho những chỉ tiết polymer bằng phương pháp SDM, nhựa phản ứng nhiệt sửa chữa nhanh hơn được nghiên cứu. Một
loại nhựa polyurethane đã được kiểm tra, dẫn tới việc lựa chọn Ciba TDT 205-3
polyurethane như một vật liệu chê tạo chỉ tiết. Vật liệu này có thể được gia công trong vòng hia giờ sau khi đúc, cho phép việc giảm mạnh mẽ trong thời gian chu kỳ
buộc một sự thay đổi trong những vật liệu hỗ trợ dành cho việc sử dụng với TDT
203-3. Vật liệu hỗ trợ mới là Kindt-Collins KC3230A, mà vẫn có thể loại bổ được
bằng BIOACT 280 mà không làm tốn hại đến vật liệu chế tạo polyurethane. Kết quả là hệ thống vật liệu của TDT 205-3, KC3230A, và BIOACT 280 đã được sử dụng để xây dựng những cơ cấu máy nhỏ dành cho việc sử dụng trong những kiểm tra khí động học; Những chỉ tiết này được trình bày trong hình 5.4. Những thông tin chỉ tiết hơn về những vật liệu này có thể xem trong phần A.4 của phụ lục.
10 mm
Hình 5.4 Cơ cấu lưỡi trai bằng TDT 205-3. [1]
5.3.5 Những vật liệu chế tạo đành cho Những lớp xen độ bền cao hơn.
LUC-4180 polyurethane có độ bền tương đối thấp; điều này được phát hiện
khi những chỉ tiết như hình 5.3 được làm. Những khung ngoài của những cơ cấu lấp
ráp được làm từ 3 lớp, và mặt phân giới giữa những hớp liên tiếp thì tương đối nhỏ. Khi các khung được nhấn mạnh trong thời gian sử dụng, chúng bị tách lớp tại những bể mắt phân cách giữa những lớp liên tiếp. Để khắc phục vấn để này, các loại vật
liệu với những lớp xen độ bến cao hơn đã được nghiên cứu. Hai loại vật liệu đã
được tìm ra cho những ứng dụng này là Ciba TDT 205-3 và nhựa epoxy Adtech EE-
501/530 . Nhựa TDT 205-3 đã được mô tả trong những mục trước. Vật liệu này được
sử dụng trước tiên bởi vì tốc độ lưu hoá của nó nhanh, nhưng độ bên lớp xen của nó
cũng cao hơn đối với LUC-4180. Độ bên lớp xen của nó gấp bốn lần so với LUC-
4180. Độ bến lớp xen của vật liệu 501/530 gấp hai lần so với TDT 205-3. Điểu náy
làm cho vật liệu nhựa epoxy 501/530 trở thành vật liệu mạnh nhất được tìm ra cho
những cấu trúc nhiều lớp của polymer SDM. Tuy nhiên, Vật liệu này được lấp đây ở mức độ cao, làm tăng thêm mức độ khó khăn của quá trình, và đòi hỏi 24 giờ giữa
việc đúc và gia công bằng máy. Những vấn để này đã làm cho 501/530 không được sử dụng nhiều trong quy trình polymer SDM mặc dù nó có độ bển lớp xen cao nhất
so với bất kỳ vật liệu nào đang được sử dụng hiện nay. Những thông tín chỉ tiết hơn về những vật liệu này có thể xem trong phần A.5 của phụ lục.
5.3.6 Những vật liệu khác.
Những sự kết hợp vật liệu và các hệ thống vật liệu trước đây được phát triển
cho việc sản xất những chỉ tiết polymer qua công nghệ SDM. Một số nhà nghiên
cứu khác đã phát triển các sự kết vật liệu trùng hợp cho những ứng dụng khác của công nghệ SDM. Những nhà nghiên cứu tại Advaced Ceramics Research và Trường
đại học Carnegie Mellon đã phát triển một loại vật liệu sáp ceramicfilled cho viậc
sản xuất những chỉ tiết gốm xanh. Những nhà nghiên cứu tại Trường đại học
Standford đã phát triển công nghệ có tên gọi là “Mold SDM”, mà trong đó những vật liệu khác được đúc thành những khuôn sáp được làm thông qua SDM. Những chỉ
tiết gốm “Xanh” được làm từ sự kết khối lại với nhau của bột gốm bằng những vật liệu khác. Chúng được tạo hình trong trang thái này, và sau đó những chất liên kết được đốt cháy hoàn toàn và những chỉ tiết được đem nung. Quá trình này được sử
dụng bởi vì những chỉ tiết gốm nung thì rất khó và rất tốn kém cho việc tạo hình.
Có rất nhiều hoạt động trong SFF tập trung vào việc tạo mấu nhanh những chỉ tiết
gốm xanh. Một phương pháp được sử dụng tại đại học Carnegie Mellon là sử dụng công nghệ SDM để xây dựng những chỉ tiết như vậy. Vật liệu chế tạo trong hệ
thống này là sáp silicon-notridefilled được lắng đọng bằng phương pháp đấy cao áp.
Vật liệu này được tạo hình bằng máy phay ba hoặc năm trục. Vật liệu hỗ trợ là polymer nóng dẻo ACR200 hoặc ACR50, có thể. loại bỏ được bằng việc hoà tan trong nước. Cả sắp ceramic-filled và những vật liệu hỗ trợ được phát triển bởi Advanced Ceramics Research. Một chi tiết gốm xanh được làm theo phương pháp
này được mô tả trong hình 5.5. Những thông tin chỉ tiết hơn về ACR50 và ACR200
có thể xem trong phần A.1 của phụ lục.
Hình 5.5 Chỉ tiết gốm xanh.[ 1]
Quy trình Mold SDM được dựa vào việc sử dụng những khuôn sáp được làm bằng phương pháp SDM. Những vật liệu khác được đúc thành những khuôn sáp này để làm các chỉ tiết. Những khuôn sáp trùng hợp được làm thông qua SDM - Sáp được đúc và sau đó được gia công thành để tạo hình. Vật liệu hỗ trợ được sử dụng
để tạo những phần có tính nhô ra và những khoảng trống trong khuôn, với vai trò như “vật liệu tạm thời”. Sự phát hiện đầu tiên của những vật liệu hỗ trợ mặt nạ hàn (solder mask) cho SDM đã cho phép sự phát triển của quá trình này. Những loại sáp đúc, sáp có thể gia công bắng máy, hoặc sự kết hợp cửa hai loại sáp trên được sử
dụng như những vật liệu chế tạo cho việc xây dựng khuôn. Vật liệu chế tạo hiện
thời là Kindt-Collins KC23230A, một vật liệu được phát triển cho ứng dụng đặc biệt này. Những vật liệu Ultraviolet-curable solder masks được sử dụng như những vật
liệu hỗ trợ và được hoà tan bằng nước khi loại bỏ vật liệu hỗ trợ. Vật liệu hỗ trợ
hiện thời là một hỗn hợp của EletroLite ELC4497 và Dymax 9-20311-F solder masks với tỉ lệ 4:1. Việc sử dụng này của các vật liệu solder mask như vật liệu hỗ trợ cho các loại sáp tiêu biểu cho việc sử dụng như những vật liệu hỗ trợ cho những
vật liệu dẻo nóng, một mục tiêu gần đây của việc nghiên cứu những vật liệu hiện
tại. Sự kết hợp vật liệu sáp và vật liệu hỗ trợ solder mask được dùng để làm khuôn
sáp trùng hợp giống như phần khuôn được trình bày trong hình 5.6. Trong khi hệ thống vật liệu này đã được sử dụng cho việc tạo khuôn sử dụng trong quy trình Mold
SDM, nó cũng có thể được sử dụng trực tiếp cho các ứng dụng khác, giống như các
mẫu sáp đúc. Việc sử dụng vật liệu hỗ trợ solder mask cho phép xây dựng những chỉ tiết với những cấu trúc phức tạp, vì solder mask có thể đượcloại bổ hoàn toần sau
khi xây dựng các nguyên mẫu.
Hình 5.6. Khuôn sáp.[1]
5.4 Các vấn để khác về vật liệu.
Những sự kết hợp vật liệu trên có thể chia thành nhiều loại dựa trên những loại vật liệu polymer được sử dụng như vật liệu làm chỉ tiết và vật liệu hỗ trợ. Những vật liệu phản ứng nhiệt và vật liệu nóng dẻo có những thuộc tính khác nhau mà có thể được khai thác trong các kết hợp vật liệu thành công. Một vấn để chính
chính xác của chỉ tiết. Sự biến dạng của chỉ tiết bị ảnh hưởng lớn bởi độ co lại của vật liệu chế tạo và vật liệu hỗ trợ, theo cả những hướng hiển nhiên và tỉnh tế.
Những vấn để này sẽ được khảo sát trong mục sau.
5.4.1 Những kiểu kết hợp vật liệu polymer SĐM.
Những sự kết hợp vất liệu chế tạo và vật liệu hỗ trợ có thể thực hiện được cho
polymer SDM có thể được phân loại bởi một trong hai vật liệu là vật liệu phản ứng nhiệt hoặc vật liệu dẻo nóng. Như sự trình bày trong bảng 4.1, có bốn loại vật liệu
có thể chấp nhận được cho SDM.
Thermmoset 'Thermoplastic
Support Material Support Material
Catepory Á Category B
Ba Part: SLA Resin Part: Polyurethane or Epoxy Supporf: Solder Mask Support: Wax
: Category C Category D
TT Part: Wax Part: Polycarbonate or Filled Wax Support: Solder Mask Support: ACR200
Bảng 4.1. Những kiểu kết hợp vật liệu polymer SDM.[1]
Loại A bao gồm sự kết hợp của những vật liệu chế tạo phản ứng nhiệt và những vật liệu hỗ trợ phản ứng nhiệt. Trong kiểu kết hợp này, những vật liệu làm chỉ tiết phải có liên kết chéo cao hơn vật liệu hỗ trợ để cho những vật liệu hỗ trợ có thể được loại bỏ bằng những các dung môi mà không làm tổn hại đến vật liệu chế
tạo chỉ tiết. Một sự kết hợp chính trong kiểu kết hợp này là vật liệu nhựa acrylate
lập thể với vật liệu hỗ trợ solder mask.
Loại B bao gồm những sự kết hợp của những vật liệu phản ứng nhiệt và những vật liệu hỗ trợ dẻo nóng. Những vật liệu nhựa dẻo nóng hễ trợ có thể được loại bỏ bằng việc đốt nóng hoặc các dung môi nóng, khi những vật liệu phản ứng
nhiệt không bị tan ra khi bị đốt nóng. Nếu những vật liệu phản ứng nhiệt điều trị toả