Sensori integrati per il monitoraggio della temperatura e della deformazione di parti polimeriche stampate in 3D

I ricercatori portoghesi stanno esaminando tre questioni relative alla produzione additiva (AM) di materiali estrusi (MEX) di compositi termoplastici. I loro risultati sono stati pubblicati nel recente pubblicato ” Sensori di fibre incorporate per monitorare la temperatura e la deformazione delle parti polimeriche fabbricate dalla produzione additiva e rinforzate con fili NiTi “, dopo aver usato fili di nichel-titanio per rinforzare i compositi, seguite da una valutazione completa per quanto riguarda le prestazioni di i materiali.

Creando un sensore per monitorare gli sbalzi di temperatura e di deformazione sulla matrice PLA, i ricercatori hanno impiegato sensori a fibra ottica in cascata, formati da segnali combinati del sensore a griglia di Bragg (FBG) e dall’interferometro a cavità FP.

“La cavità FP è stata fabbricata producendo una microbolle d’aria tra una fibra monomodale (SMF 28e) e una fibra multimodale (MMF, GIF625)”, hanno affermato gli autori. “Per ottenere il monitoraggio del punto di cura, l’FBG è stato iscritto il più vicino possibile all’interferometro FP”.

Alla fine, il team ha capito che la matrice PLA poteva essere ulteriormente perfezionata in termini di deformazione e temperatura combinando gli spettri di riflessione del sensore ottico in cascata. Il PLA è stato utilizzato a causa di vantaggi quali basso punto di fusione, buona rigidità alla trazione e qualità finale della superficie.

I vantaggi di questo processo includono:

Differenti sensibilità alla sollecitazione e alla temperatura tra due elementi sensibili
Riduzione dell’invasività all’interno del composito matrice
Nessun requisito per l’integrazione extra-materiale

Sono stati fabbricati due set di campioni PLA + nastro NiTi + sensore su una stampante 3D commerciale BQ Prusa i3. Una cavità è stata creata a metà spessore per integrare il filo e la fibra NiTi. Impostazioni della stampante come segue:

Ugello della stampante con diametro di 1,2 mm
Altezza dello strato di 0,5 mm
Riempi al 100%
Velocità di stampa di 7 mm / s

I campioni sono stati raffreddati a temperatura ambiente e quindi sono state monitorate entrambe le variazioni di temperatura e deformazione.

Per lo studio sono stati eseguiti tre test ciclistici, come segue:

Primo ciclo: sono state applicate correnti di 2,12, 2,81 e 3,1 A.
Secondo ciclo – 4.0 È stata utilizzata una corrente
Terzo ciclo – 4.0 È stata utilizzata una corrente

“I momenti in cui sono state iniettate diverse correnti sul campione possono essere chiaramente dimostrati e misurati da tutti i sensori di fibra integrati. Durante il raffreddamento naturale, una perturbazione termica (trasformazione strutturale della fase R in austenite) può essere osservata vicino a 33,0 ° C, e alla fine dei test di ciclismo, è stata rilevata una contrazione del campione di ~ 100 µm sul campione di PLA ”, hanno concluso i ricercatori.

“Per quanto riguarda le prove di trazione, il maggiore aumento della temperatura (comportamento esotermico) si verifica quando la forza applicata è compresa tra 0,7 e 1,1 kN, sulla zona trattata termicamente. Durante la fase di scarico, è stata rilevata una variazione di pendenza nel comportamento della temperatura associato alla trasformazione indotta termicamente nella regione trattata termicamente (dalla fase R all’austenite). ”

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