Nonotimantit nopeuttavat 3D-tulostusta

VTT ja Carbodeon Ltd Oy kehittivät kuluttaja- ja teollisuuskäyttöön muovimateriaalin nopeuttamaan 3D-tulostusta ja parantamaan tulosteiden mekaanista kestävyyttä.

Carbodeonin patentoima ja markkinoille edennyt uDiamond®-tulostusnauha parantaa 3D-tekniikan käytettävyyttä ja laajentaa 3D-tulostuksen käyttökohteita.

Uuden 3D-tulostusnauhan eli filamentin hyvä suorituskyky perustuu sen sisältämiin nanotimanttipartikkeleihin ja niiden kykyyn muokata materiaalin rakennetta ja ominaisuuksia. Pallomaiset nanotimantit toimivat materiaalissa voiteluaineen tavoin eivätkä lisää tulostimen suuttimen kulumista.

Nanotimantit parantavat muun muassa muovimateriaalin lämmönjohtavuutta, mikä auttaa kasvattamaan 3D-tulostusnopeutta. Carbodeonin testeissä tulostusnopeutta pystyttiin kasvattamaan jopa 500 mm/s asti. Myös materiaalin mekaaniset ominaisuudet paranevat. Nanotimanteilla vahvistettua PLA-muovia on helppo tulostaa myös kuluttajille tarjolla olevilla tulostimilla.

“Kyseessä on ensimmäinen tuote tuoteperheestä, joka tulee myyntiin sekä valmiina 3D-filamenttina että granulaattimuodossa. VTT on ollut kehitystyössä pitkäaikainen ja luotettava yhteistyökumppani, joka on nopeasti reagoinut tarpeisiimme”, kertoo Carbodeonin toimitusjohtaja Vesa Myllymäki.

VTT kehitti yhdessä Carbodeonin kanssa menetelmiä nanotimanttien viemiseksi tasaisesti PLA-muoviin siten, että lopputuotteena on teollisessa skaalassa valmistettava, 3D-tulostukseen optimoitu PLA-komposiitti. Lisäksi VTT testasi muovimateriaalien ja 3D-tulosteiden ominaisuuksia.

”Tuotimme kemian pilot-laitteillamme VTT:llä sulaprosessointia varten tarvittavaa nanodispersoitua materiaalia ja olimme näin tukemassa uuden tuotteen syntymistä”, kertoo VTT:n kemian pilotoinnissa työskentelevä tiiminvetäjä Jarmo Ropponen.

“Muovimateriaalin sulaprosessointi helpottui ja mekaaniset ominaisuudet paranivat nanotimanttilisäyksellä. Ensimmäisten testien perusteella 3D-tulostettujen koekappaleiden moduuli parani parhaimmassa tapauksessa jopa yli 200 % jo markkinoilla olevaan PLA-pohjaiseen filamenttiin verrattuna. Muovipilottimme tuotti ensimmäisen 600 kilon materiaalierän, jonka Carbodeon jalostutti kaupalliseksi tuotteeksi”, kertoo VTT:n tutkija Satu Pasanen, joka on vastannut kehitystyön muovipilotoinnista.

Mikä on nanotimantti?

Materiaalin räjähdyksessä syntyvä timantti on lämmönjohtavuudeltaan suorituskykyisin ja yksi kovimmista tunnetuista materiaaleista.

Carbodeonin uDiamond®-tuote sisältää halkaisijaltaan 4-6 nanomillimetrin kokoisia timanttipartikkeleita. Carbodeonin nanotimantit ovat myrkyttömiä materiaaleja, jotka soveltuvat REACH- ja EPA-arviointien mukaan erityyppisiin sovelluksiin. Vaikka niitä käytetään materiaaleissa hyvin pieninä pitoisuuksina, voidaan niiden avulla lisätä merkittävästi materiaalien suorituskykyä vähäisin kustannuksin. Carbodeonilla on laaja patenttisuoja sekä valmistamiinsa nanotimanttimateriaaleihin että niillä parannettuihin jatkotuotteisiin.

Helsinkiläinen, vuonna 2006 perustettu Carbodeon tuottaa superkovia materiaaleja sovelluksiin, joissa lopputuotteen kestävyys on erityisen tärkeää.