Gli effetti sinergici dei parametri di stampa 3D FDM sui comportamenti meccanici dell’acido polilattico nei compositi in bronzo

Ottimizzazione delle stampe dei compositi in PLA bronzo FDM

I ricercatori iraniani e britannici stanno affrontando argomenti centrali nella fabbricazione digitale, approfondendo parametri, proprietà e compositi, con i loro risultati delineati nel recente pubblicato ” Gli effetti sinergici dei parametri di stampa 3D FDM sui comportamenti meccanici dell’acido polilattico nei compositi in bronzo “.

Gli autori usano l’ottimizzazione in questo studio per scoprire di più sugli effetti della stampa su un composito di bronzo PLA. Popolare per le sue origini vegetali e le proprietà biodegradabili e biocompatibili, il PLA è un poliestere alifatico termoplastico spesso a base di amido di mais. Fused Deposition Modeling è un metodo popolare di stampa 3D utilizzato con PLA e una varietà di materiali compositi di oggi, dai materiali bioispirati a ossido di grafene , argento fotopolimeri nano-fili , e altro ancora. In questo studio, gli autori studiano l’uso dell’acido polilattico di bronzo (Br-PLA).

I ricercatori hanno lavorato per perfezionare le proprietà meccaniche delle parti stampate con FDM non solo attraverso la sperimentazione di diversi parametri di input, ma anche utilizzando il metodo di progettazione dell’esperimento (DOE). Alla fine, l’obiettivo era:

Stampa di robusti campioni di Br-PLA
Ridurre lo spessore del pezzo
Riduci i tempi di costruzione
Sono stati studiati i seguenti parametri:

Spessore dello strato
Percentuale di riempimento
Temperatura estrusore
Carico massimo di errore
Spessore
Tempo di costruzione delle parti

I campioni sono stati progettati utilizzando Simplify3D e fabbricati utilizzando il filamento Br-PLA con una stampante 3D Sizan . Nel testare i campioni, i ricercatori hanno notato che l’80 percento dei risultati all’interno della “matrice di progettazione” mostravano fragili fratture, e non a caso, poiché è noto che il PLA assume proprietà fragili durante il carico di trazione.

“La frattura di campioni fragili si è verificata al limite elastico, mentre i campioni difficili hanno mostrato la capacità di subire un basso grado di deformazione plastica prima della frattura”, hanno detto i ricercatori. “Pertanto, i campioni con carico di rottura massimo maggiore e allungamento alla rottura hanno subito una frattura dura. Tuttavia, si osserva di solito un’improvvisa frattura fragile nei campioni al limite elastico e in un carico di rottura inferiore. “

Utilizzando il metodo DOE per migliorare la qualità dei loro esperimenti e ridurre i test, il team ha misurato 20 campioni per il massimo carico di rottura, spessore e tempo di costruzione.

Nel complesso, i ricercatori hanno notato che la loro tecnica di ottimizzazione ha avuto successo. I “risultati ottimali previsti e la convalida sperimentale” variavano poco, con pochi errori. Nel confrontare i campioni stampati in PLA e Br ‐ PLA 3D, il PLA ha mostrato chiaramente una maggiore resistenza alla trazione. Ciò è stato attribuito all’uso di una percentuale di riempimento maggiore, nonché al fatto che il PLA è intrinsecamente più forte perché è un singolo materiale, rispetto al composito costituito da due materiali.

Diagramma della forza di estensione del campione per la soluzione 3

I campioni di Br-PLA ottimizzati hanno resistito con successo a oltre 1000 N, con i seguenti parametri:

Spessore strato di 0,25 mm
Percentuale di riempimento di 15,20
Temperatura dell’estrusore di 222,82 ° C
“Per produrre un campione adatto con buone caratteristiche meccaniche ed economiche, devono essere considerate le temperature medie dell’estrusore e le basse percentuali di riempimento. Perché nei campioni 3D Br-PLA, i campioni pesanti e ruvidi potrebbero non essere utilizzati molto e i campioni più pesanti sono costosi “, hanno concluso i ricercatori.

“Nei campioni di stampa 3D PLA, il carico di rottura massimo è stato riportato più dei campioni di Br-PLA, e questo perché la struttura composita ha più spazio per le particelle, e in Br-PLA il componente metallico occupa più spazio della struttura di PLA “.