I ricercatori dell’Università del Delaware stanno combinando polimeri termoindurenti con fibra di carbonio per realizzare un composito per la loro nuova tecnica: la stampa 3D localizzata inplane termica assistita (LITA). Le fibre di carbonio sono strategicamente posizionate con spazi da riempire con un polimero liquido che “trasporta” nella struttura del materiale. I polimeri possono anche riempire le fibre se sono sufficientemente porosi. Le fibre vengono quindi riscaldate, polimerizzando il polimero liquido e consentendo la formazione di una struttura stampata in 3D.
“Il riscaldamento riduce anche la viscosità del polimero, modificandone le proprietà fisiche e aiuta il polimero a scorrere facilmente. Il riscaldamento aiuta anche il polimero a bagnare completamente le fibre senza formare vuoti “, autore Lakshmi Supriya, PhD. spiega nel suo articolo “Tecnologia di stampa 3D LITA efficiente in termini di costi per compositi polimerici”.
Con la forza delle fibre di carbonio, il polimero è migliorato; tuttavia, nella maggior parte dei casi, fino a quando Supriya e il suo team di ricerca non hanno creato la loro nuova tecnica, si è fatto affidamento sulle termoplastiche poiché si sciolgono facilmente se esposte a temperature più elevate. Tuttavia, spesso non mostrano buone proprietà meccaniche, soprattutto se le fibre di rinforzo non sono continue, portando Supriya e il team di ricerca ad aspettarsi risultati molto migliori con questo composito, sostenuto da fibre di carbonio continue. Anche altri compositi efficaci utilizzati nella stampa 3D possono fare affidamento su altri riempitivi metallici e fibre o molecole inorganiche. Il punto è di solito quello di creare una parte più forte che sia anche leggera.
Uno degli aspetti più vantaggiosi e unici della stampa 3D LITA è che, poiché la polimerizzazione avviene prima nel processo, non è necessaria in seguito, il che significa nuovi risparmi di tempo ed energia per gli utenti; infatti, si potrebbero risparmiare fino a parecchie ore eliminando quel passaggio. Anche il processo è nel complesso più veloce, oltre a offrire “affidabilità e ripetibilità nella realizzazione di forme complesse”.
La robotica viene anche impiegata qui in un sistema composto da una testina di stampa che contiene fibre di carbonio, un riscaldatore Joule e distribuisce la resina. Un braccio robotico è responsabile di tutti i movimenti della testina di stampa, lavorando sui substrati o nello spazio libero. I ricercatori hanno stampato in 3D una varietà di campioni durante lo studio, per includere un substrato 2D, una stella 3D e una stampa conforme su un’asta cilindrica. Infine, hanno riferito di aver ottenuto il miglior successo in termini di resistenza alla trazione con fibre di carbonio di livello industriale e resina epossidica liquida.
Questi materiali e la nuova tecnica potrebbero rivelarsi promettenti in applicazioni in infrastrutture come la costruzione di ponti, nonché nell’aeronautica nella creazione di parti per aerei. I ricercatori si aspettano che questa nuova tecnica ridurrà anche il lavoro, gli strumenti e i costi associati ai difetti.
Mentre la maggior parte dei processi di stampa 3D in fibra di carbonio sul mercato si basa su termoplastiche, LITA non è la prima tecnologia a combinare termoindurenti con rinforzi continui in fibra di carbonio. In particolare, Continuous Composites utilizza un braccio robotico a sette assi per polimerizzare una resina termoindurente durante la stampa.
