I biocompositi in fibra di lino stampati 3D mostrano potenziale nelle applicazioni strutturali
Nella stampa 3D di biocompositi continui rinforzati con fibre di lino per applicazioni strutturali , gli autori A Le Duigou, A. Barbé, E. Guillou e M. Castro esaminano il recente, maggiore interesse nell’utilizzo di materiali naturali come il lino nella stampa 3D con filamenti come PLA .
Concentrandosi sulla stampa 3D FDM, i ricercatori hanno sperimentato la creazione di biocompositi con proprietà meccaniche ottimizzate attraverso l’inclusione di filamenti compositi in fibra di lino continua / PLA (cFF / PLA). Hanno creato una tecnica di estrusione personalizzata per l’uso con il composito, che gli autori dichiarano ‘evidenziata una distribuzione omogenea del filato all’interno della sezione trasversale, mentre il filo di lino intrecciato portava a zone fibrose a mesoscala.’
Il team di ricerca era interessato a creare un nuovo composito con lino a causa di una “gamma promettente” di proprietà meccaniche, spesso difficili da trovare con tutte le qualità richieste. Spiegano che molti biocompositi sono popolari oggi, ma possiedono ancora proprietà meccaniche inadeguate quando si usano molte fibre naturali diverse.
“Il cFF / PLA ha mostrato un modulo di trazione e valori di resistenza che hanno superato l’unico risultato pubblicato disponibile su compositi stampati a fibre naturali continue di> 4,5 volte”, hanno affermato i ricercatori. “Le proprietà di trazione erano nella stessa gamma di quelle per compositi stampati in fibra di vetro / PolyAmide (PA) continui, aprendo la strada per l’uso di biocompositi nelle applicazioni strutturali. Il loro punto più debole erano le loro proprietà trasversali che rimanevano più povere di simili compositi termoformati con lino / PLA. “
Altri materiali compositi in fibra come vetro, carbonio e aramide sono allo studio per migliorare le prestazioni di stampa 3D, poiché i materiali sono “impregnati per creare strutture migliorate. Usando la loro stampante 3D Prusa i3 personalizzata , una scheda Arduino per controllare la rotazione della ventola e il software Simplify3D , i ricercatori hanno creato campioni che potrebbero essere valutati e confrontati con i risultati di studi precedenti.
Essendo un filato, il lino è una scelta ovvia per un composito che può essere utilizzato nelle applicazioni tessili, consentendo una migliore resistenza nella tessitura; tuttavia, gli autori sottolineano che i fasci di fibre sono stati osservati in “architetture twistate”, influenzando sia il contenuto di porosità che la microstruttura complessiva.
“Inoltre, il filo di lino ha mostrato una deviazione dal centro del filamento che sembra essere dovuta al dado di co-estrusione. Infatti, durante il processo di co-estrusione, il polimero scorre perpendicolarmente al filato di lino, il che si traduce nel suo posizionamento sul bordo del filamento “, hanno affermato gli autori.
“I test di prova hanno dimostrato che un contenuto in volume di fibre superiore al 35% all’interno dei filamenti ha portato a difficoltà nell’ottenere campioni stampati di alta qualità. Pertanto, nel presente lavoro i filamenti di cFF / PLA sviluppati contenevano una frazione di volume inferiore del 30,4 ± 0,8% (w f ≈ 34,5%), che era vicino ai filamenti commerciali di carbonio / poliammide ad alte prestazioni [ 15 , 16 ]. La stampa dei filamenti non ha influito sul contenuto di fibre e pertanto i biocomposti cFF / PLA hanno una percentuale di fibra simile a quella dei filamenti “.
Le proprietà longitudinali sono state migliorate rispetto a:
PLA puro (× 7 per rigidità e × 4,5 per resistenza)
Biocompositi stampati 3D discontinui rinforzati con fibra naturale (× 11 per rigidità e × 10 per resistenza)
Dati disponibili su biocompositi in juta / PLA stampati continui (× 4,5 per rigidità e × 4,5 per resistenza)
I ricercatori ritengono che queste proprietà possano essere spiegate da intrinseche, maggiori proprietà meccaniche del lino, il più elevato rapporto tra i filati delle fibre e un migliore contenuto di fibre e omogeneità nel complesso.
“Il comportamento di trazione non lineare è risultato essere tipico dei compositi unidirezionali in fibra naturale con proprietà comparabili a quelle dei compositi a fibra lunga di lino fabbricati mediante termocompressione, VARTM e AFP, così come i compositi in vetro / PA prodotti da uno stampante 3d. Le prestazioni così elevate misurate aprono i biocompositi stampati in 3D alle applicazioni strutturali “, hanno concluso i ricercatori.
“Il punto più debole dei compositi stampati cFF / PLA erano le loro proprietà trasversali che rimanevano inferiori a simili compositi termoformati con lino / PLA. Il meccanismo di danno osservato durante i test di trazione è stato simile a quello osservato in compositi stampati sintetici a fibra sintetica / polimero con i filamenti che si srotolano. “
