Effetto della porosità sulle proprietà meccaniche dei polimeri stampati 3D: Esperimenti e modellazione micromeccanica basati su X analisi tomografica computerizzata di raggi X

Singapore: effetti della porosità sulle proprietà meccaniche nella stampa 3D FDM
Gli autori Xue Wang, Liping Zhao, Jerry Ying His Fuh e Heow Pueh Lee guidano una complessa discussione sulla porosità nella stampa 3D nel loro articolo pubblicato di recente, ” Effetto della porosità sulle proprietà meccaniche dei polimeri stampati 3D: Esperimenti e modellazione micromeccanica basati su X analisi tomografica computerizzata di raggi X. “

Concentrandosi sulla stampa 3D FDM e sui difetti che possono causare a causa di vuoti e pori creati in materiali termoplastici stampati in 3D, gli autori indagano e sperimentano per comprendere i veri impatti sulle proprietà meccaniche. Propongono anche un modello micromeccanico per prevedere le qualità elastiche. Nello spiegare il processo di stampa FDM 3D, gli autori affermano quanto segue:

“Il processo di fabbricazione è di per sé termico introducendo eterogeneità nella scala di lunghezza micro / meso, in particolare vuoti e pori, di cui le dimensioni, la forma e la distribuzione spaziale dipendono fortemente dai parametri di processo. Tali vuoti e pori possono influenzare la struttura interna dei materiali depositati e, a loro volta, influenzare le proprietà meccaniche del prodotto finale. “

Mentre ci sono già molti diversi studi di ricerca sulla porosità, i ricercatori qui sono specificamente interessati a come le proprietà meccaniche sono diminuite. I test vengono eseguiti, utilizzando un metodo non distruttivo, con tomografia computerizzata a raggi X (XCT), utilizzando un cono di raggi X cromatico per mostrare le caratteristiche 3D e caratterizzare quanto segue:

Taglia
Densità
Forma
Posizione spaziale dei pori

Sono stati creati tre campioni per i test:

“Per utilizzare la tecnica DIC, sono stati applicati ai campioni campioni di speckle in bianco e nero ad alto contrasto prima dei test di trazione. Ogni provino è stato poi fissato alle due estremità della macchina di prova universale da due coppie di ganasce controllate idraulicamente, che sono state separate a una velocità di 2 mm / min fino a quando il campione non si è fratturato. Durante l’intero processo di test, le immagini dei campioni sono state acquisite a una frequenza di 10 Hz da telecamere DIC ad alta risoluzione e, contemporaneamente, i dati di carico utilizzati per il calcolo dello stress (cioè carico di trazione diviso per l’area della sezione trasversale del campione ) sono stati registrati dalla macchina di prova allo stesso ritmo “, hanno spiegato i ricercatori.

In termini di dimensioni dei pori, i ricercatori hanno scoperto che la maggior parte dei pori era inferiore a 0,2 mm, costituendo il 99 percento dei pori e indicando che il PLA può causare una “maggiore popolazione” di pori piccoli. In ogni campione, i pori coprivano quasi l’intero campione.

Il PLA ha anche dimostrato comportamenti anisotropi mentre i ricercatori hanno studiato le proprietà di trazione. Ciò era previsto, così come il fatto che i campioni stampati con una larghezza di estrusione di 0,48 mm presentavano proprietà meccaniche migliori.

“Le attuali distribuzioni delle dimensioni dei pori sono state utilizzate per generare gli RVE e, a loro volta, per prevedere le proprietà elastiche macroscopiche. I risultati di predizione per le proprietà elastiche hanno mostrato un buon accordo con i corrispondenti dati sperimentali in cui la differenza percentuale non era superiore al 7,9%. Le proprietà elastiche previste concordavano anche bene con due opere numeriche esistenti. Il modello micromeccanico proposto si è dimostrato un potenziale strumento per la previsione delle proprietà elastiche per il progettista futuro. Ciò offre la possibilità di salvare il materiale da test distruttivi “, hanno concluso i ricercatori.