Stampa 3D con compositi polimerici a filo continuo su Prusa i3 modificata
Yehia Ibrahim, una studentessa di tesi alla York University di Toronto, ha presentato una recente tesi relativa ai compositi per la stampa 3D in ” Stampa 3D di compositi polimerici a filo continuo per applicazioni meccaniche e termiche “. Il rinforzo in fibra sta diventando molto più comune nella stampa 3D oggi poiché una varietà di diversi compositi può migliorare significativamente le strutture, a seconda del materiale iniziale e della struttura desiderata.
Diversi parametri possono influire sui compositi, tuttavia, come il tipo di polimero utilizzato, i riempitivi e altro. Qui, i ricercatori hanno sperimentato l’aggiunta di fili metallici alle matrici polimeriche per rafforzare le proprietà meccaniche e termiche, ottenendo migliori strutture stampate in 3D. Hanno anche testato le proprietà di trazione e flessione dei compositi rispetto ai polimeri originali
La popolarità dei compositi polimerici aumenta, grazie a vantaggi come:
Alta rigidità
Molta forza
Bassa densità
Facilità di produzione
Ibrahim sottolinea che la gamma di compositi utilizzati oggi tende a migliorare le parti stampate in 3D sia nelle proprietà meccaniche che nella struttura complessiva, ma molti riempitivi presentano ostacoli. Qui, il team di ricerca tenta di utilizzare una fibra continua per formare un “controllo direzionale”.
“Da un punto di vista strutturale, la rete continua assicura che il contributo delle fibre nelle proprietà composite senza essere limitato dall’interazione interfacciale tra le fibre e il polimero”, afferma Ibrahim. “Ciò comporterà un aumento delle proprietà meccaniche dei componenti stampati. Da un punto di vista termico, la rete continua può fungere da percorso continuo di conducibilità termica per il flusso di calore che aiuta la conduttività termica del composito. “
Il superamento di qualsiasi sfida relativa ai materiali consentirà un uso esteso in una varietà di applicazioni come ingegneria, settore automobilistico, elettrico e altro ancora. Mentre ci sono molte diverse fibre e fili metallici che possono essere utilizzati, fino ad ora, la ricerca è stata limitata, comprese le incursioni in fibra di carbonio, aramide e fibre di vetro in poliacrilonitrile (PAN). E con tale ricerca, poco studio è stato condotto sugli effetti di tali materiali sui composti una volta aggiunti.
Considerando questioni come l’accessibilità economica, la linea di fondo è molto migliore quando i laboratori possono creare o utilizzare stampanti open source, in particolare con i compositi a polimeri di fibra continua (CFPC) che offrono una rete stabile per mantenere le proprietà di rinforzo.
“L’uso della stampante open source può anche ridurre significativamente il costo totale del processo di fabbricazione. Infine, i CFPC stampati in 3D hanno un grande potenziale da utilizzare in più di un semplice miglioramento delle proprietà meccaniche e termiche “, afferma Ibrahim. “La rete in fibra continua può fungere da elemento sensoriale per sollecitazioni meccaniche, flusso di calore, temperatura e altro rilevamento. Può anche essere utilizzato come elemento attivo per consentire la fabbricazione di strutture stampate in 3D con elementi riscaldanti incorporati da utilizzare in applicazioni di riscaldamento a bassa temperatura. “
Il team di ricerca ha utilizzato un Prusa mk3 i3 open source per le loro ricerche, personalizzato per la fabbricazione di vari polimeri con il filo metallico incorporato. La stampante 3D ha richiesto la personalizzazione in modo che il filo potesse essere inserito direttamente nel filamento prima dell’estrusione.
La valutazione delle proprietà meccaniche ha mostrato “prestazioni superiori”. Il team di ricerca ha basato i loro confronti sui polimeri originali, ha esaminato il livello di miglioramento, che era ovviamente abbastanza significativo. L’aggiunta del filo di nichel-cromo ha mostrato un miglioramento fino al 50 percento.
“La tecnica è stata anche utilizzata per stampare campioni CPWC e ha fornito un buon accordo con i risultati sperimentali”, ha concluso Ibrahim. “La tecnica qui sviluppata è stata anche utilizzata per stampare in 3D un elemento riscaldante CWPC che è stato quindi utilizzato per fabbricare un pannello di riscaldamento a bassa temperatura. Questi pannelli riscaldati stampati in 3D sono stati testati sul campo a bordo di una nave della marina che navigava nel circolo polare artico. ”
“Il pannello è stato in grado di mantenere la sua superficie libera da ghiaccio in diverse condizioni di carico dell’acqua. Inoltre, grazie alla combinazione con il rivestimento idrofobo, l’energia consumata dei pannelli è stata ridotta in modo significativo. “
