I ricercatori portoghesi stanno esaminando tre questioni relative alla produzione additiva (AM) di materiali estrusi (MEX) di compositi termoplastici. I loro risultati sono stati pubblicati nel recente pubblicato ” Sensori di fibre incorporate per monitorare la temperatura e la deformazione delle parti polimeriche fabbricate dalla produzione additiva e rinforzate con fili NiTi “, dopo aver usato fili di nichel-titanio per rinforzare i compositi, seguite da una valutazione completa per quanto riguarda le prestazioni di i materiali.
Creando un sensore per monitorare gli sbalzi di temperatura e di deformazione sulla matrice PLA, i ricercatori hanno impiegato sensori a fibra ottica in cascata, formati da segnali combinati del sensore a griglia di Bragg (FBG) e dall’interferometro a cavità FP.
“La cavità FP è stata fabbricata producendo una microbolle d’aria tra una fibra monomodale (SMF 28e) e una fibra multimodale (MMF, GIF625)”, hanno affermato gli autori. “Per ottenere il monitoraggio del punto di cura, l’FBG è stato iscritto il più vicino possibile all’interferometro FP”.
Alla fine, il team ha capito che la matrice PLA poteva essere ulteriormente perfezionata in termini di deformazione e temperatura combinando gli spettri di riflessione del sensore ottico in cascata. Il PLA è stato utilizzato a causa di vantaggi quali basso punto di fusione, buona rigidità alla trazione e qualità finale della superficie.
I vantaggi di questo processo includono:
Differenti sensibilità alla sollecitazione e alla temperatura tra due elementi sensibili
Riduzione dell’invasività all’interno del composito matrice
Nessun requisito per l’integrazione extra-materiale
Sono stati fabbricati due set di campioni PLA + nastro NiTi + sensore su una stampante 3D commerciale BQ Prusa i3. Una cavità è stata creata a metà spessore per integrare il filo e la fibra NiTi. Impostazioni della stampante come segue:
Ugello della stampante con diametro di 1,2 mm
Altezza dello strato di 0,5 mm
Riempi al 100%
Velocità di stampa di 7 mm / s
I campioni sono stati raffreddati a temperatura ambiente e quindi sono state monitorate entrambe le variazioni di temperatura e deformazione.
Per lo studio sono stati eseguiti tre test ciclistici, come segue:
Primo ciclo: sono state applicate correnti di 2,12, 2,81 e 3,1 A.
Secondo ciclo – 4.0 È stata utilizzata una corrente
Terzo ciclo – 4.0 È stata utilizzata una corrente
“I momenti in cui sono state iniettate diverse correnti sul campione possono essere chiaramente dimostrati e misurati da tutti i sensori di fibra integrati. Durante il raffreddamento naturale, una perturbazione termica (trasformazione strutturale della fase R in austenite) può essere osservata vicino a 33,0 ° C, e alla fine dei test di ciclismo, è stata rilevata una contrazione del campione di ~ 100 µm sul campione di PLA ”, hanno concluso i ricercatori.
“Per quanto riguarda le prove di trazione, il maggiore aumento della temperatura (comportamento esotermico) si verifica quando la forza applicata è compresa tra 0,7 e 1,1 kN, sulla zona trattata termicamente. Durante la fase di scarico, è stata rilevata una variazione di pendenza nel comportamento della temperatura associato alla trasformazione indotta termicamente nella regione trattata termicamente (dalla fase R all’austenite). ”
Temperatura rilevata da tutti gli elementi di rilevamento (a sinistra) e spostamento rilevato dal sensore in cascata nella matrice PLA (a destra), durante i test ciclici di riscaldamento per effetto Joule, seguito da raffreddamento naturale. (a) Installazione sperimentale utilizzata per eseguire il riscaldamento in ciclo Joule dei test del filo NiTi. (b) Inserimento della temperatura della superficie esterna misurata mediante termografia nel campione. 
Sensibilità alla temperatura e alla deformazione del sensore ottico in cascata e degli FBG ottenuti rispettivamente prima e dopo l’incorporamento nella matrice PLA e nel filo NiTi. 
Configurazione sperimentale, vista in sezione campione. La fibra 1 è stata incorporata nel campione insieme al filo NiTi, mentre il processo di stampa 3D è stato interrotto per alcuni secondi. La stessa procedura è stata adottata per incorporare nella matrice PLA il sensore in cascata, registrato su fibra 2. 