La stampa 3D sta diventando sempre più importante nella produzione di prototipi e nella produzione di componenti finali. Additivi come coloranti e profumi, riempitivi e lubrificanti o biocidi conferiscono agli oggetti in plastica stampati proprietà funzionali individuali. L’incorporazione di questi additivi nella plastica spesso non è facile, perché molti additivi non sono adatti per il processo di stampa 3D a base di filamenti . Il centro per le materie plastiche SKZ e il Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP utilizzano quindi la microincapsulazione per rendere disponibile un’ampia gamma di additivi per i filamenti di stampa 3D.
La produzione additiva o la stampa 3D è diventata uno standard nello sviluppo dei prodotti nell’industria. Ovunque siano richiesti componenti personalizzati in piccole quantità e geometrie complesse o filigranate, sviluppano sempre più il loro potenziale. Oltre ai giusti metodi di lavorazione e produzione, ci sono soprattutto materiali su misuraun fattore decisivo per un utilizzo di successo. Tuttavia, la scelta dei materiali per la stampa 3D basata su filamenti è ancora limitata. Il centro plastico SKZ e il Fraunhofer IAP si sono quindi posti l’obiettivo di ampliare in modo significativo la gamma di materiali in filamenti aggiungendo additivi al fine di sfruttare appieno il potenziale tecnologico ed economico di questa tecnologia. “Il trucco è che abbiamo anche additivi microincapsulati come i lubrificanti nei filamentiporterà dentro. Al componente stampato viene data una nuova funzione: può lubrificarsi da solo “, spiega il dott. Alexandra Latnikova, specialista in microincapsulazione presso Fraunhofer IAP. “Tuttavia, non qualsiasi additivo è adatto a questo, poiché le tecniche di stampa 3D basate su filamenti hanno i loro limiti”, afferma Latnikova.
Sfida: sviluppo di materiali per la stampa 3D basata su filamenti
Nella stampa 3D basata su filamenti – ” Fused Layer Modeling ” (FLM) o ” Fused Filament Fabrication ” (FFF) in breve – un filo di plastica, il filamento, viene fuso in un hotend, spinto attraverso un ugello e depositato in strati sottili su una piattaforma di costruzione. Il filamento è realizzato in plastica, che si ammorbidisce quando viene riscaldato e può passare attraverso l’ugello solo in questo stato. “È proprio qui che sta la sfida, perché una volta che gli additivi sono stati incorporati nel filamento, ci sono particelle in esso che possono aggregarsi e bloccare l’ugello. Quindi l’ugello è il fattore limitante. Nelle nostre ampie indagini, determineremo con quali additivi è possibile la stampa 3D “, spiega Latnikova.
Screening degli additivi: da solido a liquido
In una prima fase, il team di ricerca verifica sistematicamente quali additivi polimerici commerciali e di propria produzione sono fondamentalmente adatti alla produzione di filamenti e al processo di stampa. “Esaminiamo caratteristiche come la dimensione delle particelle, le proprietà della superficie, la stabilità termica e il grado di riempimento e testiamo i limiti delle possibilità. Nella seconda fase, utilizziamo le nostre microcapsule appositamente sviluppate “, spiega Patrick Limbach, sviluppatore di materiali presso SKZ. Il Fraunhofer IAP contribuisce con il suo vasto know-how alla microincapsulazione. Questa tecnologia consente anche di produrre additivi più complessi. Per fare ciò, gli scienziati coprono gli additivi funzionali con una sottile parete polimerica. Liquidi come lubrificanti, Fragranze e coloranti o biocidi vengono introdotti nella plastica. Le dimensioni, la stabilità termica e le proprietà superficiali di queste particelle sono personalizzate. “Diamo ai materiali molte funzioni intelligenti. Ad esempio, i coloranti microincapsulati possono indicare i difetti dei componenti stampati, poiché se le capsule sono danneggiate nel materiale, l’inchiostro fuoriesce. In un precedente progetto, abbiamo già dimostrato con successo che i lubrificanti microincapsulati conferiscono ai componenti stampati a iniezione proprietà autolubrificanti. Di conseguenza, l’usura del materiale, che normalmente deriva dall’attrito sui componenti, può essere ridotta fino all’85 percento. Ora stiamo trasferendo questi risultati alla stampa 3D “, afferma Limbach. “Diamo ai materiali molte funzioni intelligenti. Ad esempio, i coloranti microincapsulati possono indicare i difetti dei componenti stampati, poiché se le capsule sono danneggiate nel materiale, l’inchiostro fuoriesce. In un precedente progetto, abbiamo già dimostrato con successo che i lubrificanti microincapsulati conferiscono ai componenti stampati a iniezione proprietà autolubrificanti. Di conseguenza, l’usura del materiale, che normalmente deriva dall’attrito sui componenti, può essere ridotta fino all’85 percento. Ora stiamo trasferendo questi risultati alla stampa 3D “, afferma Limbach. “Diamo ai materiali molte funzioni intelligenti. Ad esempio, i coloranti microincapsulati possono indicare i difetti dei componenti stampati, poiché se le capsule sono danneggiate nel materiale, l’inchiostro fuoriesce. In un precedente progetto, abbiamo già dimostrato con successo che i lubrificanti microincapsulati conferiscono ai componenti stampati a iniezione proprietà autolubrificanti. Di conseguenza, l’usura del materiale, che normalmente deriva dall’attrito sui componenti, può essere ridotta fino all’85 percento. Ora stiamo trasferendo questi risultati alla stampa 3D “, afferma Limbach. che i lubrificanti microincapsulati conferiscono ai componenti stampati a iniezione proprietà autolubrificanti. Di conseguenza, l’usura del materiale, che normalmente deriva dall’attrito sui componenti, può essere ridotta fino all’85 percento. Ora stiamo trasferendo questi risultati alla stampa 3D “, afferma Limbach. che i lubrificanti microincapsulati conferiscono ai componenti stampati a iniezione proprietà autolubrificanti. Di conseguenza, l’usura del materiale, che normalmente deriva dall’attrito sui componenti, può essere ridotta fino all’85 percento. Ora stiamo trasferendo questi risultati alla stampa 3D “, afferma Limbach.
Rafforzare la forza innovativa delle PMI tedesche: le aziende sono benvenute
Con questa ricerca, il gruppo di progetto vorrebbe rafforzare la forza innovativa delle medie aziende tedesche nel campo dello sviluppo di materiali per la produzione additiva. “Il nostro obiettivo è aumentare l’accettazione da parte dei clienti per i processi di stampa 3D e la diversificazione del mercato con un’ampia gamma di materiali in filamenti altamente funzionali. Questi materiali speciali specifici per l’applicazione hanno lo scopo di facilitare l’avvio della produzione additiva per le piccole e medie imprese. Invitiamo le aziende interessate a unirsi al nostro comitato di accompagnamento del progetto, a contribuire con suggerimenti e idee e a partecipare ai risultati “, spiegano Latnikova e Limbach. Il progetto si rivolge principalmente alle aziende che fanno parte della catena di produzione per la stampa 3D basata su filamenti, ovvero microincapsulatori, produttorie distributori di additivi plastici, compoundatori, produttori di sistemi di impianti e fornitori di servizi nel campo della stampa 3D basata su filamenti.
