Un team dell’Institute of Space Technology (IST) di Islamabad, con NUST (Pakistan) e Ajman University (EAU), ha progettato un sistema di produzione per filamenti CFRP che integra fibre continue di vetro E-glass in una matrice PLA ottimizzata per FDM. L’obiettivo: migliorare in modo misurabile le prestazioni meccaniche senza modificare le stampanti
Come funziona il setup
Il gruppo ha costruito una linea gear-driven con quattro sottosistemi: avvolgimento, estrusione, camera di riscaldamento e spool di tiro. La sincronizzazione tra alimentazione e estrusione mantiene il diametro del filamento stabile (1,75 ± 0,05 mm) e garantisce l’incapsulamento completo della fibra. Parametri tipici: 30 rpm (feed), 74–75 rpm (estrusione), 165 °C (riscaldamento), 10 rpm (spool)
I numeri: resistenza e modulo
Il filamento E-glass/PLA ha raggiunto 146,75 MPa di resistenza a trazione e 4,96 GPa di modulo di Young, rispetto a 60 MPa e 3,68 GPa del PLA “neat”; il volume di fibra è 2,8%. L’accordo tra modelli teorici e prove sperimentali conferma l’efficienza del trasferimento di carico.
Evidenze microstrutturali e termiche
SEM ed EDS mostrano incapsulamento uniforme della fibra e bassa porosità; TGA e DSC indicano stabilità termica migliorata (onset ≈ 291 °C; Tg ≈ 59 °C; Tm ≈ 152 °C) rispetto al PLA, con un residuo del 7% dovuto alle fibre.
Perché scegliere E-glass in PLA
Il PLA resta interessante per costo, processabilità e biodegradabilità; l’E-glass offre rigidezza elevata, resistenza alla corrosione e comportamento dielettrico, evitando abrasione ugelli e conduzione elettrica tipiche del carbonio. Il setup impiega melt-impregnation a singolo canale, riducendo rotture fibra e clogging tipici dei co-estrusori.
Contesto: dove si colloca rispetto allo stato dell’arte
La stampa FDM con fibre continue adotta due filoni: in-nozzle/in-situ e prepreg/filamento semi-finito. Il lavoro IST/NUST/Ajman rientra nel secondo, con una linea dedicata alla fabbricazione del filamento, semplificando l’uso su stampanti FDM standard. Review e studi recenti confermano vantaggi e compromessi di ciascun meccanismo.
Confronto con approcci e prodotti noti
Soluzioni commerciali come Markforged Mark Two mostrano maturità nella deposizione di fibre (soprattutto carbonio) ma spesso richiedono ecosistemi proprietari. Il nuovo setup, lavorando su PLA + E-glass e diametro 1,75 mm, punta a compatibilità più ampia con piattaforme FDM mainstream.
Prospettive applicative
Con proprietà >2× sul PLA a parità di massa, i filamenti E-glass/PLA sono candidati per attrezzaggi, brackets leggeri, gusci e staffe dove servono rigidezza e isolamento elettrico. Letteratura recente su fatica, stampa non planare e natural/regen fibers indica ulteriori margini di miglioramento tramite path planning e aumento della frazione di fibra.
