Riduzione della deformazione in polipropilene stampa 3D (PP)
Mentre gli autori Martin Spoerk, Clemens Holzer e Joamin Gonzalez-Gutierrez svolgono ricerche da Montanuniversitaet Leoben , descrivono i miglioramenti per la produzione additiva basata sull’estrusione di materiali (ME-AM / FDM / FFF) usando il polipropilene (PP). I dettagli del loro lavoro sono stati delineati nella recente pubblicazione ” Produzione di additivi a base di estrusione di polipropilene: una rassegna su come migliorare la precisione e la deformazione dimensionale “.
Il polipropilene (PP) è un popolare termoplastico utilizzato in molte applicazioni a causa di proprietà meccaniche adeguate, insieme a biocompatibilità, resistenza ai prodotti chimici e inerzia; ci sono sfide nell’uso industriale del PP, tuttavia, principalmente a causa del restringimento e della deformazione, noto per essere un problema tipico.
Il polipropilene (PP), un materiale standard nella stampa 3D, può avere un potenziale in alternativa ad altri tecnopolimeri e metalli, offrendo le seguenti qualità:
Buone proprietà meccaniche
Adeguata resistenza alla trazione
durezza
Resistenza all’urto e all’abrasione
Bassa densità
Questo materiale è adatto sia per la personalizzazione che per il miglioramento delle proprietà meccaniche in base alle esigenze di fabbricazione, nonché per essere facilmente modificato con additivi come:
fillers
Modificatori di impatto
fibre
Altri polimeri
Anche il PP non è tossico, con così tanti benefici per la produzione di ME-AM che i ricercatori affermano che può essere superato solo con materiali meno convenienti come il poli (etere etere chetone).
“In particolare, l’eccezionale resistenza chimica del PP ai solventi polari, acidi non ossidanti, alcali acquosi e soluzioni acquose di sale crea nuove possibilità per ME-AM, poiché altri tipi di filamenti disponibili in commercio sono notevolmente meno resistenti ai prodotti chimici, il che ha limitato l’applicabilità di parti prodotte da ME-AM “, affermano i ricercatori, che continuano a ricordarci che anche le poliolefine assorbono pochissimo assorbimento di umidità, il che significa che l’acqua vaporizzata non interferisce con la stampa 3D.
In termini di problemi di deformazione, PP tende a deformarsi “ampiamente”, causando gravi problemi agli utenti. E mentre questo può essere un problema con l’ABS, è una sfida molto più seria per il PP utilizzato con ME-AM poiché i polimeri semicristallini causano un drastico cambiamento all’interno delle catene polimeriche. È possibile ridurre la cristallinità aggiungendo segmenti di monomero di etilene o miscelando altri materiali termoplastici, “migliorando significativamente il comportamento alla deformazione dei componenti in PP stampati in 3D”.
“Attualmente sono disponibili sul mercato numerosi filamenti di PP che sono stati modificati chimicamente al fine di migliorare la qualità dei prodotti fabbricati da ME-AM. In questa recensione, è stato osservato che nessuno dei filamenti disponibili in commercio sono omopolimeri di PP isotattici, poiché tali omopolimeri hanno una grande tendenza a deformarsi durante il processo ME-AM, portando a campioni con scarsa precisione geometrica “, hanno concluso i ricercatori.
“Oltre alla modifica chimica del PP mediante fusione con altri polimeri o copolimerizzazione, altre strategie per migliorare l’accuratezza geometrica dei campioni di PP includono: (1) l’uso di materiali diversi per la piattaforma di costruzione per garantire un’adesione ideale durante il processo di stampa; (2) isolare la camera di stampa e mantenere la temperatura della camera relativamente alta per ridurre le sollecitazioni termiche attraverso un processo simile alla ricottura; e infine (3) l’aggiunta di riempitivi, specialmente quelli termicamente conduttivi, al fine di prevenire il restringimento durante il processo di fabbricazione e di ridurre il tempo per raggiungere l’equilibrio termico negli strati depositati. ”
Allungamento a rottura in funzione del modulo di Young per materiali ME-AM disponibili in commercio che sono suddivisi in elastomeri termoplastici, polimeri amorfi e semicristallini e compositi semicristallini. I materiali scientificamente disponibili basati su PP sono evidenziati da rettangoli neri. Le proprietà meccaniche si basano sulle informazioni tecniche fornite dai rispettivi fornitori di materiale e pubblicazioni scientifiche.8, 13, 27, 59-63 Le abbreviazioni dei materiali sono descritte dai corrispondenti riferimenti nella legenda. [La figura a colori può essere visualizzata su wileyonlinelibrary.com] 
L’evoluzione della temperatura di un filo di contorno del terzo strato di stampa del primo campione Charpy per PP pulito e PP / CF10 composito riempito di CF (a) insieme a campioni stampati in 3D che sono particolarmente inclini alla deformazione12 per PP (b) e PP / CF10 (c). Per una configurazione dettagliata della misurazione della termografia, fare riferimento a Rif. 13. La differenza di temperatura tra il massimo del picco di circa 90 minuti e il suo minimo precedente (ampiezza del picco) è contrassegnata per PP (ΔTPP = 20 ° C) e PP / CF10 (ΔTCF = 5,5 ° C) in (a). [La figura a colori può essere visualizzata su wileyonlinelibrary.com] 
Piramide di materiali polimerici in funzione della disponibilità dei materiali nel mercato ME-AM. Si prega di fare riferimento al rif. 37 per le abbreviazioni polimeriche comunemente usate. L’asterisco su PP si riferisce alla disponibilità commerciale poco chiara (fare riferimento alla sezione Filamenti di PP disponibili in commercio). [La figura a colori può essere visualizzata su wileyonlinelibrary.com] Illustrazione schematica del processo di estrusione del materiale adattato dal rif. 4. I componenti sono etichettati come: (1) stoccaggio del materiale in bobina, (2) filamento termoplastico, (3) unità di deposizione riscaldata mobile orizzontalmente composta da (4) ruote motrici controrotanti, (5) un liquefier, (6) un ugello, (7) elemento strutturale fabbricato in modo strato per strato e (8) piattaforma di costruzione mobile verticalmente. [La figura a colori può essere visualizzata su wileyonlinelibrary.com]