Stampa 3d di compositi polimerici a memoria di forma rinforzata con fibra di carbonio

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.

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.