Aggiungere una quarta dimensione alla stampa 3D
I ricercatori della Purdue University hanno sviluppato un nuovo metodo di miscelazione a umido per aggiungere particelle di sensori ai filamenti della stampante 3D, che consentirà ai produttori di creare parti stampate funzionali.
Il metodo Purdue in attesa di brevetto rende funzionali le strutture stampate in 3D incorporando le particelle del sensore nel filamento di stampa e disperdendole uniformemente
WEST LAFAYETTE, Ind. – I ricercatori della Purdue University hanno sviluppato un metodo in attesa di brevetto per aggiungere particelle al filamento e disperderle uniformemente attraverso una tradizionale modellazione a deposizione fusa, o FDM, stampante 3D, che aiuterà l’industria nella produzione di parti funzionali.
Brittany Newell e Jose M. Garcia-Bravo , professori associati presso la School of Engineering Technology presso il Purdue Polytechnic Institute , e Tyler Tallman , assistente professore presso la School of Aeronautics and Astronautics presso il College of Engineering , hanno creato un romanzo di miscelazione a umido metodo per introdurre particelle elettricamente conduttive nei polimeri di filamenti di stampa 3D. Cole Maynard, che ha conseguito il dottorato in agosto, e Julio Hernandez, un dottorando, sono stati fondamentali per la ricerca.
La stampa 3D tradizionale realizza prototipi di parti senza capacità di rilevamento. I sensori devono essere aggiunti alla parte dopo il fatto se si devono fare valutazioni. Il processo può essere pensato come l’aggiunta di granelli ai biscotti dopo che sono stati cotti: i granelli esistono solo all’esterno del biscotto. I tradizionali estensimetri a lamina, che sono i sensori di deformazione più comuni, sono attaccati alla superficie di una parte stampata da una resina epossidica, ha affermato Newell. Tuttavia, in questo lavoro le codette vengono aggiunte all’impasto dei biscotti prima della cottura. Ciò significa che le capacità di rilevamento sono parte integrante del componente stampato e consentono il rilevamento all’interno del componente. A differenza degli sprinkles, questi sensori sono troppo piccoli per essere visti senza un microscopio.
“In genere, applichiamo l’estensimetro su tutta la parte o lo applichiamo alla parte superiore e inferiore della parte per ottenere informazioni sulla deformazione complessiva attraverso la parte”, ha affermato Newell. “Tuttavia, le strutture centrali e interne non vengono mai monitorate poiché i calibri sono incollati alla superficie”.
Il metodo di miscelazione a umido Purdue garantisce una distribuzione uniforme delle particelle in tutto il filamento. Con i sensori distribuiti uniformemente nel filamento, produttori e ricercatori possono progettare parti con una più ampia varietà di forme.
“I risultati di questo lavoro consentono agli utenti di creare strutture 3D complesse con estensimetri incorporati, spostando rapidamente i prototipi tradizionali in parti completamente funzionali e strutturalmente valutabili”, ha affermato Newell. “Una limitazione dell’applicazione delle parti stampate in 3D è stata la loro durata. Con questo sviluppo, possiamo monitorare continuamente la salute strutturale della parte con il sensore incorporato nella stampa”.
Tallman ha dichiarato: “Questo metodo produce materiali conduttivi con un’ottima uniformità, che espande notevolmente le applicazioni elettriche delle parti stampate in 3D e dei progetti di sensori”.
Garcia-Bravo ha affermato: “Anche i materiali sono regolabili, il che significa che possiamo regolare le proprietà elettriche e meccaniche per ottimizzare il sensore o la parte per l’applicazione desiderata”.
Il nuovo processo di miscelazione a umido non è limitato solo alla conduttività del sensore.
“Questo lavoro può essere ulteriormente ampliato per aggiungere altri tipi di particelle utilizzando lo stesso metodo di miscelazione a umido”, ha affermato Newell. “Ciò potrebbe includere l’aggiunta di particelle magnetiche per campi elettromagnetici, particelle fluorescenti e altre funzionalità”.
La ricerca è stata pubblicata nell’edizione di luglio 2022 della rivista peer-reviewed Advanced Engineering Materials e nelle edizioni 2020 , 2021 e 2022 della rivista American Society of Mechanical Engineers Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems. I ricercatori hanno ricevuto finanziamenti dal Naval Engineering Education Consortium, o NEEC, un programma dei centri di guerra NAVSEA che mira a coltivare partenariati tra la Marina e gli istituti di istruzione superiore.
I ricercatori hanno rivelato l’innovazione all’Office of Technology Commercialization della Purdue Research Foundation , che ha richiesto un brevetto sulla proprietà intellettuale. I partner del settore che desiderano sviluppare ulteriormente questa innovazione devono contattare Dhananjay Sewak, dsewak@prf.org , in merito al numero di riferimento 69740.
Newell ha affermato che si cercano partner del settore per creare un processo per ampliare e testare ulteriormente il metodo.
“Dobbiamo aumentare le dimensioni del lotto su scala industriale e integrare l’aspetto personalizzabile di questo lavoro con stampanti 3D industriali”, ha affermato Newell. “La gamma di articoli che possono essere prodotti con questi filamenti è ampia e dovrebbero essere eseguiti test per espandersi a nuovi prototipi”.
A proposito della Purdue University
La Purdue University è un importante istituto di ricerca pubblico che sviluppa soluzioni pratiche alle sfide più difficili di oggi. Classificata in ciascuno degli ultimi cinque anni come una delle 10 università più innovative degli Stati Uniti da US News & World Report, Purdue offre ricerche che cambiano il mondo e scoperte fuori dal mondo. Impegnata nell’apprendimento pratico e online nel mondo reale, Purdue offre a tutti un’istruzione trasformativa. Impegnata per la convenienza e l’accessibilità, Purdue ha congelato le tasse scolastiche e la maggior parte delle tasse ai livelli 2012-13, consentendo a più studenti che mai di laurearsi senza debiti.
(Immagine della Purdue University/Brittany Newell)