Combinando Reología y Espectroscopía Raman para analizar Polímeros de Impresión 3D

La fabricación aditiva permite la creación rápida de prototipos, especialmente en la industria médica, pero la relación entre los parámetros del proceso y las características del material del producto extruido no han sido bien entendidas y son difíciles de estudiar. El científico Anthony Kotula, miembro del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos (NIST, por sus siglas en inglés), junto con su equipo del Grupo de Procesos de Polímeros, trabajaron de la mano de Thermo Fisher Scientific para utilizar el recientemente desarrollado “Microscopio Reo-Raman”, el cual ejecuta mediciones de reología y Raman desde un punto único de medición.

“Lo que voy a enseñarles hoy es que podemos usar Espectroscopia Raman y Reología para entender mejor el proceso de la impresión 3D”, dijo el doctor Kotula en este webinar. El doctor guió a la audiencia paso a paso a través del análisis del polímero de uso médico policaprolactona (aprobado por la FDA para su uso en implantes de andamios médicos) mientras este es extruido y enfriado sobre la placa de construcción.

El doctor Kotula empieza explicando el problema en términos generales: la resistencia y el rendimiento de los materiales están directamente relacionados con el proceso, y este no ha sido bien entendido, o modelado, para varios polímeros en la fabricación aditiva. Sin embargo, estudiar la relación entre la estructura, el proceso y las propiedades del material del polímero aditivo, requiere mediciones en la línea de proceso en tiempo real. Especialmente se requieren dos mediciones principales:

Espectroscopia Raman para determinar el efecto de extrusión/deposición en la cinética de cristalización y
Mediciones Raman + reología para determinar la relación entre la estructura (cristalinidad) y la reología.

“Vamos a llevar a cabo las mediciones Raman y de reología simultáneamente utilizando un instrumento desarrollado en colaboración con Thermo Fisher, llamado Microscopio Reo-Raman”, dijo el doctor Kotula. “Este instrumento permite mediciones simultáneas de reología, microscopia de luz polarizada y espectroscopia Raman de materiales blandos”.

Para la fabricación aditiva con polímeros semi-cristalinos, la espectroscopia Raman y la reología pueden utilizarse para entender la conformación y la transición mecánica durante el proceso. El plan:

Identificar indicadores de cristalinidad en los espectros Raman de policaprolactona

Medir la cinética de la cristalización siguiendo la extrusión desde el inyector de la impresora
Determinar la relación entre cristalinidad y reología durante la cristalización isotérmica

El microscopio Reo-Raman fue utilizado para estudiar las relaciones entre cristalinidad y reología durante la cristalización isotérmica. De acuerdo con el doctor Kotula, los modelos matemáticos actuales no capturan las relaciones entre módulo y cristalinidad de forma adecuada. El equipo determinó que un modelo de cálculo de fracciones sólidas altas y bajas resultó “encajar perfectamente con nuestros datos”, dijo el doctor Kotula.

“Este modelo funciona para las cinco temperaturas que estudiamos”, continuó el doctor Kotula. “Podemos empezar a usarlo para describir el proceso de cristalización”. Utilizando este método, la espectroscopia Raman puede usarse para mediciones cuantitativas de cristalinidad en policaprolactona.

Durante el proceso de extrusión del filamento, la cristalización es más rápida cuando el inyector está a temperaturas bajas. La reología y la espectroscopía Raman utilizadas simultáneamente revelan que la propiedad de cristalinidad sigue el modelo matemático de polimerización en suspensión.

Si usted trabaja con fabricación aditiva que requiera de un material con propiedades consistentes y confiables, este webinar resultará fascinante y potencialmente útil para su futura investigación sobre fabricación aditiva de impresión 3D.

Vea el seminario web aquí.

Post Author: Touchpoint Marketing.