In un documento intitolato ” Vinylester and Polyester 3D Printing ,” i ricercatori dell’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) hanno collaborato con i ricercatori di Polynt Composites USA per valutare la fattibilità della stampa 3D di materiali vinilestere e poliestere. Le due organizzazioni hanno lavorato insieme per valutare la chimica dei materiali di base Polynt per la produzione di additivi polimerici su larga scala.
Il progetto consisteva in tre compiti: reologia e cinetica di reazione; solventi, fogli di costruzione e analisi di sicurezza; e dimostrazione della dimostrazione del concetto.
“La stampabilità delle resine poliestere o vinilestere è guidata principalmente dalla reologia e dalla cinetica di reazione dei polimeri”, affermano i ricercatori. “Queste proprietà possono essere controllate attraverso la modifica chimica e incorporando additivi. La capacità di controllare queste proprietà distingue la produzione additiva reattiva (AM) dall’AM termoplastica, che è guidata in gran parte da gradienti di temperatura che non possono essere controllati. I polimeri testati nella fase 1 di questo progetto avevano una viscosità di 300-700 centipose (cP), con tempi di reazione compresi tra 9 e 40 minuti. “
I ricercatori hanno poi valutato le considerazioni sulla sicurezza per la stampa 3D su larga scala di materiali vinilestere e poliestere. Alcune delle principali preoccupazioni riguardavano l’esplosione e le proprietà di sicurezza e salute dello stirene. Per la prima fase del progetto sono stati utilizzati fogli di Mylar a basso costo e l’acetone è stato utilizzato per la pulizia dell’apparecchiatura.
Come prova del concetto, i ricercatori hanno utilizzato un Thermobot di Magnum Venus Products in articoli dimostrativi di stampa 3D per dimostrare la fattibilità della stampa di materiali vinilestere e poliestere. I test di trazione quasi-stato sono stati eseguiti sugli articoli stampati in 3D per entrambi gli assi X e Z. I risultati hanno mostrato che questa nuova classe di polimeri reattivi supererà i materiali termoplastici esistenti utilizzati per la produzione di additivi su larga scala. Inoltre, la riduzione delle proprietà dalla direzione di stampa (X) alla direzione di costruzione (Z) è solo del 29 percento, una diminuzione meno significativa rispetto alla maggior parte dei materiali termoplastici.
“Le strategie di pianificazione del percorso utensile standard sono state adottate da stampatori termoplastici”, proseguono i ricercatori. “Tuttavia, è stato dimostrato che i materiali valutati in questo progetto hanno permesso una maggiore libertà nella pianificazione del percorso utensile poiché è stato possibile attraversare una perlina precedentemente depositata senza fermarsi e sospendere la stampa. L’eliminazione degli arresti agli incroci di perline determinerà un notevole risparmio di tempo e forse un miglioramento delle proprietà meccaniche della struttura stampata. “
Nel complesso, il progetto ha dimostrato che i materiali in poliestere e vinilestere sono promettenti per la produzione di additivi su larga scala.
“I valori ad alta resistenza rispetto al materiale additivo termoplastico esistente sono stati dimostrati insieme a meno del 30% di riduzione della resistenza Z rispetto alla forza di direzione della stampa”, concludono i ricercatori. “Questi materiali non richiedono energia durante la stampa e hanno dimostrato di offrire maggiore libertà nella pianificazione del percorso utensile. Inoltre, la fibra di carbonio, o altri additivi con bassi coefficienti di dilatazione termica, non sono richiesti per ottenere stampe su larga scala, presentando la possibilità di introdurre materiali a basso costo per AM su larga scala. “
I ricercatori hanno raggiunto con successo i loro obiettivi nella fase 1 del progetto, dimostrando la fattibilità dell’utilizzo di poliestere e vinilestere per la produzione di additivi su larga scala. Il passo successivo è ottenere strutture più alte e ottimizzare le proprietà dei materiali per una deposizione coerente con le attrezzature disponibili. I ricercatori ritengono che questi materiali potrebbero essere utilizzati in applicazioni che richiedono forza oltre la portata dei materiali di stampa 3D termoplastici esistenti.
Autori del giornale includono John Ilkka, Steve Voeks, John Lindahl e Vlastimil Kunc.