Miglioramento delle proprietà meccaniche della stampa 3D con materiali compositi a memoria di forma in fibra di carbonio continua
I ricercatori Yongsan An e Woon-Ryeol Yu esplorano la stampa 3D migliorata attraverso lo studio di materiali alternativi. Nella ” Stampa tridimensionale di compositi polimerici a memoria di forma rinforzata con fibra di carbonio “, recentemente pubblicata , “gli autori discutono le sfide con proprietà meccaniche che affliggono molti utenti industriali.
In questo studio, sperimentano con compositi polimerici a memoria di forma rinforzata con fibra di carbonio (SMPC), in stampa FDM 3D, utilizzando sia materiali termoplastici che termoindurenti.
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Proprietà meccaniche di compositi polimerici rinforzati con fibre continue, compositi polimerici rinforzati con fibre corte e matrice polimerica fabbricata da FDM.
I parametri sono stati testati e sono stati stampati dei campioni, in quanto i ricercatori hanno appreso di più sui vantaggi e sui limiti dei materiali intelligenti come gli SMP, in grado di cambiare con l’ambiente e di ritornare alla loro forma normale. Questo tipo di materiale confina con la 4D e consente agli utenti una maggiore flessibilità d’uso, attraverso un’ampia varietà di applicazioni. Con l’aggiunta di composti di carbonio, il gruppo di ricerca sperava di migliorare i processi di fabbricazione.
Il team ha creato una stampante 3D FDM personalizzata per lo studio, per fabbricare parti SMPC continue rinforzate con fibre. Per i materiali, per la valutazione sono stati scelti due diversi tipi: PLA e un tipo di poliuretano di filamenti SMP (come le matrici termoplastiche) e una resina epossidica SMP come matrice termoindurente. La squadra ha quindi aggiunto le fibre continue di carbonio per il rinforzo del filamento.
Hanno sperimentato differenze di temperatura e velocità di stampa nella stampa di campioni da testare. Le proprietà meccaniche e di memoria di forma sono state quindi valutate dal team.
“Il filamento PLA senza CF è stato estruso senza problemi da un ugello, indipendentemente dal fatto che il suo diametro fosse maggiore dell’area di fusione o meno. Tuttavia, per un ugello con diametro di 1,5 mm, la matrice PLA è stata estrusa come avvolgendo il CF elicoidalmente. Era dovuto al fatto che il PLA è stato estruso più del CF perché il CF non è stato stirato durante l’estrusione. Inoltre, temperature rigide e velocità di estrusione diverse hanno causato il fallimento della CF durante la stampa 3D. D’altra parte, per un ugello con diametro di 2 mm, PLA e CF sono stati estrusi direttamente perché le loro velocità di estrusione erano sincronizzate. “
Ci sono state numerose sfide, ad esempio la CF non è stata completamente rivestita con PLA. I ricercatori hanno creato una testina di stampa migliorata per una migliore ottimizzazione in termini di velocità di fornitura di PLA e CF e della struttura e del tempo di fusione dei materiali. Hanno anche aggiunto i tiri del calendario e un dispositivo di tensione adeguato.
“La SMPC stampata mostrava buone proprietà meccaniche rispetto a quelle di convenzionali polimeri stampati in 3D nella direzione della fibra”, hanno affermato i ricercatori.
Stampa 3D di compositi CF e PLA. (a) solo PLA, (b) ugello con diametro di 1,5 mm e (c) ugello con diametro di 2 mm Stampa 3D di compositi CF e PLA. (a) solo PLA, (b) ugello con diametro di 1,5 mm e (c) ugello con diametro di 2 mm
Schema del sistema di stampa 3D di compositi polimerici rinforzati con fibra di carbonio continua per (a) materiali termoplastici e (b) termoindurenti.Proprietà meccaniche di compositi polimerici rinforzati con fibre continue, compositi polimerici rinforzati con fibre corte e matrice polimerica fabbricata da FDM