Radical Materials Ltd.
Trefniant Ymchwil ar y Cyd ar Ddeunyddiau Arloesol ar gyfer Argraffu 3D
Arbenigwyr deunyddiau yng Nglyn Ebwy yw Radical Materials Ltd. Mae’r cwmni wedi datblygu ystod o ychwanegion perfformiad technegol i’w defnyddio ym myd diwydiant gydag amrywiaeth o ddeunyddiau, gan gynnwys polymerau a chaenau. Yn arbennig, maent yn arwain y farchnad ym maes gweithgynhyrchu a chyflenwi ychwanegion gwrthficrobaidd i’w cynnwys mewn ystod eang o gynnyrch sy’n dwyn enw’r brand Steritouch®. Yn fwy diweddar, maent wedi datblygu ychwanegion i ganfod halogyddion ffisegol wrth weithgynhyrchu bwyd (Scopic) ac ychwanegion dargludiant thermol sydd â chymwysiadau yn y sector moduron (Konduct).
Nod yr ymchwil ar y cyd â thîm ASTUTE 2020 ym Mhrifysgol Caerdydd oedd ymchwilio i weld a oedd gan gyfansoddion matrics polymer a luniwyd, a ddatblygwyd yn bennaf ar gyfer mowldio chwistrell gan Radical Materials, yn meddu ar nodweddion oedd yn eu gwneud yn addas i’w defnyddio mewn gweithgynhyrchu haenau ychwanegion (neu argraffu 3D fel y’i gelwir yn gyffredin) gan ddefnyddio Modelu Dyddodiad wedi’i Asio (FDM). Techneg allwthio yw FDM, lle mae deunydd tawdd yn cael ei argraffu’n haenau ar blatfform adeiladu i ffurfio gwrthrych 3D trwy ddilyn data dimensiwn a geir mewn ffeil Dylunio â Chymorth Cyfrifiadur (CAD).
Heriau
Mae datblygu ystod ehangach o ddeunyddiau newydd yn duedd strategol allweddol ar gyfer cwmnïau sydd am fanteisio ar y ffaith bod y farchnad argraffu 3D yn ehangu’n gyflym. FDM yw un o’r mathau mwyaf cyffredin o argraffu 3D a ddefnyddir, ac yn nodweddiadol mae’n defnyddio ffilamentau solet o bolymer sy’n cael eu toddi’n haenau i ffurfio’r gydran a ddymunir. Trwy ddatblygu deunyddiau polymer-matrics cyfansawdd sydd â nodweddion synergaidd mae modd cynhyrchu deunyddiau FDM ar gyfer ystod eang o gymwysiadau diwydiannol. Fodd bynnag, mae’n rhaid i gyfrannedd y polymer matrics a’r atgyfnerthu fod yn gytbwys i gynhyrchu’r priodweddau ffisegol a ddymunir, ochr yn ochr â pharhau’n addas i’w allwthio i’r ffilament a’r FDM wedi hynny.
Datrysiad
Optimeiddio Paramedrau ar gyfer Allwthio ac FDM
Dadansoddwyd gronynnau o dri deunydd polymer-matrics cyfansawdd (A, B, ac C) i weld a oedd modd galluogi’r ffilament i fod yn addas ar gyfer cynhyrchu FDM trwy optimeiddio’r paramedrau allwthio. Mae angen i’r ffilament fod yn llyfn ac yn hyblyg, gyda diamedr cyson.
Yn sgîl yr arbrofion optimeiddio, cynhyrchodd deunyddiau A ac C ffilament o safon ddigonol i gael ei ddefnyddio ar gyfer FDM. Cynhyrchodd deunydd B ffilament, ond roedd y diamedr yn anghyson er i wahanol baramedrau allwthio gael eu profi. Mae’n debygol mai’r rheswm am hynny oedd mas yr atgyfnerthu yn y deunydd cyfansawdd.
Cynhaliwyd arbrofion gyda pharamedrau FDM oedd yn cynnwys tymheredd, uchder yr haenau, cyflymder yr adeiladu a dwysedd y llenwi er mwyn galluogi’r darnau prawf o ddeunyddiau A ac C i gael eu hargraffu. Cynhyrchwyd samplau o ddeunydd A yn llwyddiannus, fel bod modd i’r profion gwrthficrobaidd gael eu cynnal.
Argraffwyd samplau o ddeunydd C â lefelau atgyfnerthu isel a chanolig cyn profi’r dargludedd thermol. Fodd bynnag, ni allai’r ffilament o ddeunydd C oedd â lefel atgyfnerthu uchel gynhyrchu samplau printiedig llwyddiannus. Mae’n debygol mai’r rheswm am hynny oedd cynnydd yng ngludedd a/neu sgraffiniad y ffroenell argraffu.
Profi Nodweddion Allweddol
Profwyd samplau o ddeunydd A am weithgarwch gwrthficrobaidd gan Radical Materials trwy ddefnyddio dull JIS Z 2801:2000 gydag MRSA ac E.coli. Lleihaodd pob un o’r samplau nifer yr unedau oedd yn ffurfio cytrefi (CFU) 99.991 y cant ar ôl 24awr ar 35°C, sy’n dangos gallu gwrthficrobaidd ardderchog deunydd A.
Cafodd samplau printiedig o ddeunydd C â dwy lefel o atgyfnerthu brofion dargludedd thermol gan ddefnyddio offeryn Netzsch LFA 447 NanoFlash, gyda Pyroceram 9606 yn safon gyfeiriadol. Datgelodd hyn fod lefelau atgyfnerthu isel yn lleihau’r priodweddau dargludo. Fodd bynnag, roedd lefel ganolig o atgyfnerthu yn cynyddu’r dargludedd thermol ryw 20 y cant. Cafwyd bod dwysedd mewnlenwi yn baramedr pwysig, gan fod aer a gafodd ei gaethiwo yn creu effaith inswleiddio, yn hytrach na dylanwad dargludol, ar y samplau cyfansawdd oedd yn cael eu profi.
Effaith
At ei gilydd, dangosodd y canlyniadau fod modd i ddau o’r tri deunydd a brofwyd gael eu datblygu ymhellach yn gynnyrch FDM. Dangosodd y cyfuniad o wybodaeth fanwl Radical Materials am allwthio a llunio resinau polymer, ochr yn ochr ag arbenigedd technegol ASTUTE 2020 ym maes polymerau, gweithgynhyrchu ychwanegion a dadansoddi deunyddiau ymarferoldeb cynhyrchu ffilamentau polymer-matrics cyfansawdd ar gyfer FDM, ond amlygwyd hefyd fod heriau ychwanegol i ymateb iddynt cyn bod modd gweithgynhyrchu’r rhain ar raddfa fasnachol. Y deunydd gwrthficrobaidd A oedd y mwyaf llwyddiannus, ac mae’n teilyngu ymchwilio pellach.
Yn ystod y prosiect ymchwil hwn, lansiwyd argraffwyr FDM sy’n defnyddio gronynnau yn hytrach na ffilamentau, ac efallai bydd y cwmni am ganfod a fydd y rhain yn y pen draw yn cael y lle amlycaf yn y farchnad cyn buddsoddi mewn gweithgynhyrchu ffilamentau.
Dyfarnwyd Gwobr Arloesedd SMART Cymru i Radical Materials i ddatblygu eu deunydd dargludedd thermol ac amddiffyn rhag Amledd Radio – mae ASTUTE 2020 wedi darparu cysylltiadau academaidd iddyn nhw o Ysgol Peirianneg Prifysgol Caerdydd i gynorthwyo gyda’r gwaith hwn.
