I ricercatori dell’Università portoghese di Aveiro e dell’Aveiro Institute of Materials hanno sviluppato un nuovo mezzo per combinare le fibre di bambù con l’ABS e stampare in 3D la miscela in parti con “proprietà meccaniche migliorate”.
Utilizzando un processo di reazione in due fasi, il team è stato in grado di creare un nuovissimo bio-composito, in un modo che consente loro di regolare con precisione l’idrofobicità, la densità e le qualità termiche della sua base di bambù. Una volta formulato, gli scienziati hanno distribuito il loro materiale su campioni di stampa 3D, scoprendo che il processo non “interrompeva la sua morfologia” e in realtà aveva un “effetto di rinforzo” su tutte le parti risultanti.
Dati i potenziali vantaggi in termini di costi, meccanici e sostenibilità del miglioramento dei materiali di stampa 3D come l’ABS con riempitivi naturali, sono ora in corso ricerche significative su come raggiungere al meglio questo obiettivo. In passato, ingredienti a base vegetale come riso, cocco o canapa sono stati utilizzati per creare compositi sperimentali, ma in precedenza si è dimostrato difficile ottenere un buon livello di adesione tra filler e matrice.
Da parte sua, il bambù è ora coltivato in 21 paesi, il che lo rende un bene abbondante, ed è spesso utilizzato nell’edilizia a livello locale e per produrre articoli per la casa. Tuttavia, per loro stessa natura, le fibre di bambù sono idrofile mentre le matrici polimeriche sono idrofobe, quindi sono necessarie diverse fasi chimiche per consentire la loro integrazione in materiali stampabili in 3D.
In studi precedenti , i ricercatori hanno dimostrato l’efficacia della modifica delle fibre di bambù per migliorare la loro resistenza all’acqua e le prestazioni meccaniche, combinandole con polipropilene (PP) per formare resine potenziate. Prendendo ispirazione dai loro predecessori, il team portoghese ha quindi sviluppato un approccio simile, pur trattando il bambù per produrre invece un filamento FDM.
Per formulare il loro nuovo biocomposito, gli scienziati hanno utilizzato un diisocianato per modificare i campioni di bambù, scoprendo che riduceva la natura idrofila delle loro fibre e migliorava la loro affinità con le matrici polimeriche. Dopo il trattamento, i materiali risultanti sono stati lavati, asciugati e miscelati ad una concentrazione del 5% con ABS, prima di essere estrusi in un filamento stampabile in 3D.
Prima di distribuire il loro materiale, i ricercatori hanno utilizzato l’analisi SEM per valutare l’impatto del loro processo di formulazione e hanno scoperto che aveva rimosso tutte le impurità delle fibre, anche se a costo di una certa densità. Inoltre, rispetto ai filamenti realizzati con fibre non trattate, il team ha osservato che il loro materiale modificato “ha presentato una superficie più liscia”, aumentando il suo potenziale per l’applicazione finale.
Per testare la lavorabilità del loro materiale, il team ha continuato a estruderlo utilizzando una stampante 3D Anycubic Chiron , in una serie di campioni a forma di remo. È interessante notare che la stampa con fibre trattate riduce la loro stabilità termica, sebbene i ricercatori abbiano sottolineato che la sua temperatura di degradazione è superiore a quella di elaborazione, quindi ciò non ha avuto alcun impatto sulla stabilità dei loro modelli.
Ulteriori immagini dei campioni di fibra trattata hanno anche rivelato che possedevano un modulo di Young aumentato e un allungamento ridotto alla rottura, riflettendo la loro migliore rigidità. Sulla base di questi risultati, il team ha ipotizzato che il loro approccio dimostra che è possibile non solo integrare il bambù nei polimeri stampabili, ma anche modificarli in modo da fornire loro qualità potenzialmente vantaggiose.
“[I nostri] risultati confermano che la lavorabilità dei compositi non è stata compromessa”, ha concluso il team nel loro articolo. “L’uso di cariche trattate ha anche ridotto la densità dei materiali senza perdere le loro proprietà meccaniche. In effetti, le fibre trattate hanno migliorato le prestazioni dei campioni stampati in 3D, il che dimostra il vantaggio del trattamento chimico.
“I RISULTATI DIMOSTRANO CHE È POSSIBILE PRODURRE MATERIALI STAMPATI IN 3D A BASE BIOLOGICA DI QUALITÀ SUPERIORE UTILIZZANDO FIBRE DI BAMBÙ CHIMICAMENTE MODIFICATE”.
