Stampa 4D in Cina: polimeri a memoria di forma e fibra di carbonio continua
I ricercatori hanno esaminato ulteriormente i vantaggi dei polimeri a memoria di forma (SMP) con l’aggiunta di materie prime sotto forma di fibra di carbonio continua (CCF). Gli autori Xinxin Shen, Baoxian Jia, Hanxing Zhao, Xing Yang e Zhengxian Liu hanno studiato le proprietà meccaniche in campioni compositi, insieme alle prestazioni, delineando i dettagli nel recente studio pubblicato sul processo di stampa 3D di compositi polimerici a memoria di forma rinforzata con fibra di carbonio continua . ‘
Gli SMP sono oggi un “punto caldo nella ricerca accademica” poiché gli scienziati abbracciano un crescente interesse per i materiali che possono deformarsi e tornare al loro stato naturale, come richiesto dagli utenti. Continua anche la raffinazione degli SMP, in particolare con materiali come le fibre di carbonio per superare le sfide in termini di resistenza e rigidità. Mentre le fibre continue hanno dimostrato di essere più efficaci delle fibre corte, gli autori sottolineano che i processi di formatura sono complessi e sono necessari modi migliori per creare compositi continui rinforzati con fibra di carbonio. Qui, si rivolgono alla stampa 3D FDM come soluzione:
“La stampante 3D composita era principalmente composta da piattaforma di movimento, ugello di stampa, meccanismo di alimentazione della fibra e sistema di controllo”, hanno affermato i ricercatori. “Rispetto alle stampanti convenzionali, l’ugello di questa stampante può alimentare contemporaneamente resina e fibra da due canali ed estruderli dallo stesso ugello.”
“Inoltre, il meccanismo di alimentazione della fibra è stato progettato per alimentare continuamente la fibra a una velocità adeguata regolando la velocità di rotazione del motore passo-passo per evitare la rottura della fibra durante la stampa.”
Usando il disegno sperimentale ortogonale, gli autori hanno studiato influenze come:
Temperatura di stampa
Velocità di stampa
Scansione del tono
Angolo di piega
Nell’esaminare ulteriormente i problemi con le proprietà meccaniche, i ricercatori hanno scoperto che l’angolo di piega dei fattori di carbonio era un fattore chiave. Man mano che variavano gli angoli di piega, risultarono cambiamenti nella resistenza alla trazione e nel modulo dei campioni, mostrando tensione lungo le fibre a 0 gradi, ma a 90 gradi era perpendicolare, aprendo il potenziale per problemi di adesione.
Lo studio ha anche dimostrato che le proprietà meccaniche erano più adatte a circa 200 ℃, con un’eccessiva velocità di stampa che influiva sull’impregnazione di fibre e resina. Gli autori hanno anche notato scarso effetto sugli SMP a causa di cambiamenti nel contenuto di fibre.
“La rapida produzione di compositi in fibra di carbonio a memoria di forma ha un potenziale utilizzo nel settore aerospaziale”, hanno concluso i ricercatori.
