Poliammide rinforzata con fibra di carbonio corta con stampa 3D FDM rispetto allo stampaggio a iniezione di polimeri
Ricercatori spagnoli stanno studiando materiali di stampa 3D più efficaci con diverse tecniche nella recente pubblicazione ” Indagine su una poliammide rinforzata con fibre di carbonio corte e confronto di due processi di produzione: Fused Deposition Modeling (FDM) e Polymer Injection Moulding (PIM) “.
La stampa 3D FDM è estremamente comune per la fabbricazione digitale da parte degli utenti a tutti i livelli, vantaggiosa a causa della convenienza e dell’accessibilità, e offre un modo per creare strutture complesse per molte diverse applicazioni oggi, dal medico al bioprinting, automobilistico e aerospaziale. La sinterizzazione laser selettiva (SLS) e la fusione laser selettiva (SLM) sono anche metodi preferiti oggi nella produzione, sebbene i ricercatori notino che la stampa 3D FDM è “più sviluppata”, con i seguenti polimeri popolari:
Acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS)
Acido polilattico (PLA)
Alcool polivinilico (PVA)
Poliammidi (PA)
Polietere etere chetone (PEEK)
Cattive proprietà meccaniche sono un problema in corso, relative a parametri variabili, problemi di adesione e materiali non adatti. I compositi sono spesso usati come soluzione, con molti progetti diversi che impiegano additivi che compongono nuovi materiali come il PLA di bronzo , gli idrogel compositi e numerosi metalli . Il carbonio e il vetro sono aggiunte comuni utilizzate per rafforzare la matrice polimerica, ma i ricercatori notano che non sono stati oggetto di studi completi.
CarbonXTM CRF-Nylon è stato utilizzato con Ultimaker 2 Extended + per fabbricare i campioni, progettato con Autodesk Inventor e tagliato con Cura 3.5.1.
Immagini stereomicroscopiche (× 1,25) dell’aspetto dei campioni stampati iniettati e con motivi diversi.
Gli autori, confrontando le capacità di stampa 3D e stampaggio ad iniezione, hanno valutato prima la lunghezza della fibra.
Risultati della distribuzione della lunghezza della fibra nella materia prima, campioni iniettati e stampati (A) e misurazione dei diametri nelle fibre usando 400 × con un microscopio (B).
“La lunghezza critica ottenuta dall’equazione (1) era Lc = 253 μm . Pertanto, poiché la lunghezza delle fibre all’interno della matrice era inferiore al valore teorico critico, l’effetto di rinforzo sarebbe inferiore rispetto a una lunghezza della fibra più lunga di quella critica, specialmente nel test di trazione “, hanno spiegato i ricercatori. “Tuttavia, dopo entrambi i processi di produzione sono state osservate fibre con una lunghezza maggiore di quella critica; cioè stampa 3D e stampaggio ad iniezione. Di conseguenza, si avrebbe l’effetto di rinforzo, ma in misura minore e solo come risultato delle fibre più lunghe. “
I risultati non hanno inoltre mostrato variazioni nel picco di cristallizzazione, sia che si valuti il punto iniziale che quello finale.
L’analisi DSC dei campioni stampati a diverse temperature della piastra costruita per analizzare l’influenza dell’ambiente termico sul grado di cristallinità. L’analisi DSC della materia prima è mostrata in (A), le parti superiori sono le analisi mostrate in (B) e le parti inferiori sono le analisi mostrate in (C).
Posizionamento dei campioni nel test di piegatura, etichettati (in alto e in basso) in base al posizionamento di stampa.
Sono state rilevate “differenze marcate” confrontando le parti riempite al 60 percento e al 100 percento, con la densità di riempimento che mostra un notevole impatto sui parametri meccanici.
Prova di trazione. Risultati ottenuti per il modulo di Young, resistenza allo snervamento e resistenza alla trazione dei campioni iniettati e stampati in 3D.
“Rispetto ai test di trazione, i test di compressione hanno rivelato un comportamento più simile delle parti stampate in 3D e delle parti IM (solo il 4% di miglioramento). I campioni stampati avevano valori di rigidità più alti rispetto alle parti IM “, hanno concluso i ricercatori. “Questo fenomeno non è stato segnalato da altri ricercatori. La selezione del modello è determinante in questo caso poiché un effetto indurente con la deformazione è apparso per quelli fabbricati usando un modello non unidirezionale, ma senza raggiungere i migliori risultati.
“Il confronto tra i test di trazione e compressione ha rivelato che questa poliammide rinforzata non si è comportata allo stesso modo in presenza di carichi di compressione e stiramento, indipendentemente dal processo di fabbricazione. Di conseguenza, come precedentemente riportato in letteratura, è fondamentale analizzare l’applicazione per la quale sono state progettate le parti. Questi risultati sono un nuovo contributo alla letteratura esistente. “
Frattografie di campioni di trazione testati: (A) Stampaggio ad iniezione 600 ×; (B) stampaggio ad iniezione 1000 ×; (C) 3D unidirezionale stampato 0 ° 600 ×; (D) Stampa 3D ± 45 ° 600 ×.
