STAMPA 3D IN FIBRA CONTINUA: ATTUALE REVISIONE DEL MERCATO DA PARTE DI FEDOR ANTONOV, CEO DI ANISOPRINT
La stampa 3D in fibra continua è diventata una scelta popolare per le aziende che cercano di produrre componenti funzionali ad alta resistenza su richiesta. Con questa popolarità, la concorrenza all’interno della stampa 3D in fibra continua continua a crescere, portando le aziende di notizie con diverse soluzioni additive.
In questo articolo Fedor Antonov, CEO della tecnologia di stampa 3D in fibra continua e sviluppatore di prodotti Anisoprint , una società russo-lussemburghese, condivide la sua esperienza di oltre 10 anni nella progettazione accademica e industriale e nell’ottimizzazione dei compositi. Esperto delle numerose soluzioni in fibra continua sul mercato e dei modi in cui si distingue l’anisoprinting, il CEO offre un’introduzione ai diversi tipi di stampa 3D in fibra continua e come sfruttare i vantaggi offerti da ciascuno.
La maggior parte delle tecnologie di stampa 3D in fibra continua esistenti può essere suddivisa in 2 tipi a seconda della fase in cui viene creato il materiale composito, ovvero prima della stampa 3D o durante il processo. Se aggiunto in precedenza, la stampa 3D in fibra continua è nota come preimpregnata. Durante, il metodo è definito basato sulla coestrusione.
Nelle tecnologie a base preimpregnata, le fibre secche vengono preliminarmente impregnate di un polimero utilizzando attrezzature speciali (ad esempio pultrusione). I cosiddetti prepreg possono essere realizzati a forma di sottili filamenti in bobine simili a quelle comunemente utilizzate per le stampanti 3D FFF, oppure possono formare un nastro.
Bobine di filamento prepreg (a sinistra) e un rotolo di nastro prepreg. Foto tramite easycomposites.co.uk
Bobine di filamento prepreg (a sinistra) e un rotolo di nastro prepreg. Foto tramite easycomposites.co.uk
Successivamente il prepreg viene riscaldato per formare la parte. Nel caso del filamento, viene estruso attraverso l’ugello. Nei nastri, viene applicato utilizzando un rullo di compattazione, un processo simile alle tecnologie di produzione di compositi classici come AFP (Automated Fiber Placement) o ATL (Automated Tape Laying).
Nella coestrusione, i due componenti del composito finale (il materiale di rinforzo e la matrice di plastica) vengono combinati durante la stampa 3D per creare un materiale composito contemporaneamente a una parte. Molte aziende sul mercato ottengono questo risultato applicando fibre di rinforzo asciutte alla plastica riscaldata all’interno dell’ugello. La tecnologia di coestrusione di Anisoprint è tuttavia incorporata in un modo completamente diverso.
Pro e contro di entrambi gli approcci
Poiché la preparazione del preimpregnato è un processo separato realizzato con apparecchiature dedicate, è più efficace per ottenere una buona impregnazione della fibra sul materiale della matrice. Creando una buona adesione tra i due componenti, ciò porta a una migliore qualità del materiale finale.
Tuttavia, anche le tecnologie prepreg hanno dei limiti. Poiché il materiale composito viene preparato in anticipo, il rapporto fibra-plastica è costante e determinato dal produttore, non dall’utente. Ciò significa che non è possibile realizzare forme personalizzate e complesse e strutture interne. Anche la matrice plastica stessa viene determinata in anticipo dal produttore, quindi i clienti non sono liberi di selezionare diverse proprietà del polimero come richiesto. Al contrario, la coestrusione consente la piena gestione del rapporto fibra-plastica e l’uso di una vasta gamma di materie plastiche come matrice.
Strutture interne complesse offrono vantaggi in parte come peso ridotto, prezzo e tempi di produzione, ma questi non possono essere raggiunti con le tecnologie di stampa 3D preimpregnate. Foto via Anisoprint
Strutture interne complesse offrono vantaggi in parte come peso ridotto, prezzo e tempi di produzione, ma questi non possono essere raggiunti con le tecnologie di stampa 3D preimpregnate. Foto via Anisoprint
In sintesi, il posizionamento preimpregnato può offrire migliori proprietà del materiale a causa di una migliore impregnazione e un maggiore contenuto di fibre, mentre la coestrusione facilita la modifica dei materiali della matrice e del contenuto di volume delle fibre. Il posizionamento di Prepreg offre una migliore qualità, mentre la coestrusione è più flessibile.
Nessun compromesso: coestrusione di fibre composite
Alla Anisoprint non volevamo cercare un compromesso. Abbiamo scoperto che è possibile combinare i due tipi di stampa 3D in fibra continua.
Innanzitutto, impregniamo preliminarmente le fibre secche con una miscela polimerica proprietaria, creando una fibra rigida simile al preimpregnato che chiamiamo fibra di carbonio composita (CCF) e fibra di basalto composita (CBF) poiché sono già compositi. In questo modo otteniamo una buona adesione tra fibra e plastica, bassa porosità e, in definitiva, un materiale di alta qualità. La resistenza alla trazione di CCF è superiore a 2000 MPa, il volume delle fibre è del 60%.
La formulazione dell’immagine in fibra di carbonio composito (CCF) e fibra di basalto composito (CBF) tramite Anisoprint
La formulazione dell’immagine in fibra di carbonio composito (CCF) e fibra di basalto composito (CBF) tramite Anisoprint
Successivamente, utilizziamo la coestrusione durante il processo di stampa 3D. Il composito scelto (CCF o CBF) e un termoplastico vengono alimentati separatamente attraverso lo stesso estrusore composito. Ciò consente di variare il rapporto del volume delle fibre e di posarlo mediante traiettorie curvilinee complesse utilizzando qualsiasi plastica con le proprietà richieste come matrice.
Tecnologia di coestrusione in fibra composita Anisoprint. Immagine tramite Anisoprint
Tecnologia di coestrusione in fibra composita Anisoprint. Immagine tramite Anisoprint
Questo approccio ci consente di trarre il meglio dai metodi di prepreg e coestrusione. Il risultato sono parti composite di uso finale di eccellente qualità, con elevate caratteristiche meccaniche (resistenza di 860 MPa) e, soprattutto, la libertà di ottimizzazione di una parte composita in termini di proprietà e forma.
Anisoprintato significa ottimale
Poiché i compositi sono anisotropi, con la loro forza lungo le fibre, la forma migliore per loro è una struttura reticolare costituita da nervature unidimensionali. La produzione di intersezioni delle nervature è tuttavia una sfida per la maggior parte delle tecnologie di stampa 3D in fibra continua esistenti poiché è possibile solo quando è possibile gestire il rapporto fibra-plastica.
La produzione di parti composite con queste strutture reticolari interne consente all’utente di spendere solo la quantità minima di materiale per le sollecitazioni di carico previste, portando a una completa ottimizzazione. Ciò comporta una significativa riduzione del peso, del prezzo e dei tempi di produzione dei pezzi.
Come scienziato e ingegnere, ho sempre sognato strutture ottimali, quindi non potevo rifiutare le possibilità di ottimizzazione che le tecnologie di stampa 3D in fibra continua potevano offrire.
Anisoprint esporrà a Formnext nel padiglione 12.1, stand G58 dal 19 al 22 novembre 2019. I visitatori dello spettacolo sono invitati a visitare la società per saperne di più sull’anisoprinting e su come l’azienda mira a portare la stampa 3D in fibra continua a un nuovo livello .
