2.1.1. Nguyên lý thiêu kết bột nhựa bằng laser
Thiêu kết Laser chọn lọc (SLS) là tạo ra các bộ phận nhựa bằng cách liên kết các
lớp vật liệu liên tiếp. SLS là được một phần của công nghệ đắp lớp (AM) - được coi là một phần của ngành công nghiệp cách mạng. AM nói chung bao gồm nhiều cơng nghệ khác nhau, thường được chung la “IN 3D” trên các tạp chí và các ấn
phẩm phổ biến khác. Sản xuất đắp lớp là công nghệ trái ngược với gia công truyền thống như: khoan, phay và mài, trong đó vật liệu được loại bỏ để đạt được hình
dạng mong muốn. Trong tồn bộ lĩnh vực cơng nghệ AM hiện có, SLS được coi là thuận lợi nhất tiếp cận cho các chi tiết nhựa thích hợp cho ngành cơng nghiệp [6]. Phương pháp SLS sử dụng tính chất của vật liệu bột là có thể hóa rắn dưới tác dụng của nhiệt (như nylon, elastomer, kim loại). Một lớp mỏng của bột nguyên liệu
được trải trên bề mặt của xy lanh công tác bằng một khoảng trống định mức. Sau đó, tia laser hóa rắn (kết tinh) phần bột nằm trong đường biên của mặt cắt không
thực sự làm chảy chất bột, làm cho chúng dính chặt ở những chỗ có bề mặt tiếp xúc. Trong một số trường hợp, q trình nung chảy hồn tồn hạt bột vật liệu được áp dụng. Q trình kết tinh có thể được điều khiển tương tự như q trình polymer hố
trong phương
pháp tạo hình lập thể SLA. Sau đó xy lanh hạ xuống một khoảng cách bằng độ dày lớp kế tiếp, bột nguyên liệu được đưa vào và quá trình được lặp lại cho đến khi chi tiết được hoàn thành ([1], trang 9,10).
2.1.2. Các loại vật liệu được dùng cho công nghệ in 3D SLS
Công nghệ in 3D SLS là một trong những công nghệ phổ biến và được sử dụng
rộng rãi nhất hiện nay, cũng là công nghệ duy nhất cho phép tạo các mẫu có hóa tính và lý tính giống như vật liệu ban đầu. Không giống như những cơng nghệ in 3D khác đang có trên thị trường như FDM (Fused Deposition Modeling) dùng các sợi nhựa, SLA (Stereolithography) dùng nhựa lỏng,… SLS sử dụng vật liệu dạng bột
để tạo ra các sản phẩm bằng cách dùng năng lượng tia laser thêu kết vật liệu in theo
lớp mặt cắt, làm chúng kết dính tại những chỗ tiếp xúc.
Polyamide 12 (PA 12) là lựa chọn chính và gần như độc quyền. Hợp chất PA 12 hoặc PA 12 nguyên chất (hỗn hợp khô) thực sự được sử dụng trong hầu hết các hệ
17 thống thương mại. Polyamide 11 (một họ hàng gần của PA12) cũng phải chịu các hệ thống SLS với thành công vừa phải mặc dù một số thuộc tính đáng chú ý. Các loại polime khác lạ như PE(E)K, các loại chất đàn hồi (TPE, TPU, PEBA) và các polyamit khác (PA 6) được thương mại hóa với sự phát triển nhưng mức độ phổ
biến vẫn còn hạn chế. Đặc biệt là một bước đột phá theo hướng polyme hàng hóa bán tinh thể như polypropylen (PP) hoặc polyetylen (HDPE, LLDPE) để mở các
phân khúc thị trường mới cho công nghệ SLS vẫn còn thiếu. Đối mặt với sự hiểu biết còn hạn hẹp về nhựa, nên có rất nhiều lựa chọn khác. Lý do cho lựa chọn vật liệu hạn chế này? Cịn các polime vơ định hình như polycarbonate (PC) hay ABS thì sao? Để mà trả lời những câu hỏi này và đưa ra một hướng dẫn để sản xuất các tài liệu SLS thành công sự kết hợp đặc tính cụ thể, cần thiết để chuyển một polymer thơng thường thành bột SLS thành công, là rất quan trọng [6].
Trong đồ án này, vật liệu được chọn để tiến hành nghiên cứu và thí nghiệm là bột nhựa LDPE.
2.1.3. Vật liệu bột nhựa PE
2.1.3.1. Giới thiệu chung về nhựa PE
Nhựa PE không dẫn nhiệt, dẫn điện và khơng thấm trong khơng khí, nước.
Polyetylen có độ bền thấp, nhưng bù lại vật liệu sở hữu độ dẻo và độ bền va đập cao. Nó cho thấy sự bền vững rất mạnh dưới những tác động liên tục của ngoại lực. Có thể giảm độ vững chắc của sản phẩm bằng cách thêm các sợi ngắn.
Hầu hết các loại LDPE , MDPE và HDPE của hạt nhựa PE đều có khả năng kháng hóa chất tuyệt vời. Tức có nghĩa là vật liệu này tạo nên những sản phẩm không bị axit hay bazơ mạnh tấn công và chống lại sự oxy hóa và chất khử nhẹ. Các mẫu tinh thể hầu hết khơng hịa tan ở nhiệt độ phịng. Polyethylene (trừ polyethylene liên kết ngang) có thể được hòa tan ở nhiệt độ cao trong các hydrocacbon thơm như toluene hoặc xylene hoặc trong dung môi clo như trichloroethane hoặc trichlorobenzene.
2.1.3.2. Bột nhựa LDPE
Bột nhựa LDPE là bột nhựa có mật độ Polyethylene thấp (0,91 ÷ 0,94 g/cm3), có mức độ phân nhánh chuỗi ngắn có nghĩa là các chuỗi không phản ứng với cấu trúc tinh thể. LDPE được tạo ra bằng phản ứng trùng hợp gốc tự do mang lại cho vật
liệu tính chất dịng chảy độc đáo. LDPE được sử dụng cho cả thùng cứng và các ứng dụng màng nhựa như túi nhựa và màng bọc,…
18 Một số thông số cơ bản của nhựa LDPE:
Bảng 2.1 Bảng thông số cơ bản của bột nhựa LDPE
Tính chất của nhựa Thơng số
Hình thức Hạt Thành phần Polyethylene mật độ thấp Nhiệt độ nóng chảy 108 ÷ 115 (°C) Mức độ nóng chảy 45 ÷ 55 (g/ph) Tỉ trọng 0,92 ÷ 0,94 (g/cm3) Kích thước hạt 80 ÷ 300 (μm)