Migliorare le proprietà meccaniche del filamento riciclato con una stampante 3d
LA NUOVA STAMPANTE 3D UTILIZZA LA VIBRAZIONE AD ULTRASUONI PER PRODURRE PARTI IN ABS RICICLATO CON PROPRIETÀ MIGLIORATE
I ricercatori dell’Universiti Teknikal Malaysia Melaka (UTeM) hanno sviluppato una stampante 3D in grado di produrre parti più resistenti dall’ABS riciclato.
Montando due trasduttori piezoelettrici su una normale stampante 3D Fused Filament Fabrication (FFF), gli ingegneri sono riusciti a sviluppare un mezzo per invertire parte della riduzione della forza spesso mostrata dall’ABS riciclato.
Data l’efficacia del loro design, che è in grado di migliorare la resistenza alla compressione delle parti realizzate con materiale riutilizzato del 59%, il team afferma che potrebbe aiutare a ridurre al minimo la quantità di filamento dannoso per l’ambiente che va in discarica.
Configurazione della stampa 3D a ultrasuoni dei ricercatori. Foto tramite UTeM.
Miglioramento dell’efficienza dei materiali di FFF
Sebbene la stampa 3D sia spesso commercializzata come più efficiente dal punto di vista dei materiali rispetto alle tecnologie di produzione sottrattiva, non è priva di problemi in quest’area. Come ti dirà qualsiasi utente di stampante 3D desktop, gli errori di stampa possono essere costosi e richiedere molto tempo, a causa della quantità di materiale che sprecano. Dato che molte di queste plastiche vengono smaltite in modo dispendioso, rappresentano anche un pericolo per l’ambiente.
Un modo in cui produttori e produttori hanno tentato di migliorare l’efficienza dei loro sistemi è attraverso il riciclaggio dell’ABS, un materiale già popolare tra la comunità della stampa 3D. Tuttavia, come evidenziato dal team UTeM nel loro articolo, “le proprietà meccaniche dell’ABS riciclato sono notevolmente degradate” e il riutilizzo del materiale può ridurne la resistenza finale dopo la stampa fino al 49%.
Questo indebolimento, che i ricercatori hanno identificato attraverso i loro test sull’ABS riciclato, è risultato essere dovuto a uno scarso legame tra gli strati. Tale delaminazione può causare danni interni ai materiali risultanti, in un modo che li porta a fallire quando vengono stampati in 3D, rendendoli così un’alternativa poco attraente ai filamenti usa e getta.
I risultati dei test di resistenza alla flessione degli scienziati. Immagine tramite UTeM.
Passando alla vibrazione ad ultrasuoni
Avendo sviluppato il proprio materiale riciclato, granulando l’ABS usato prima di estruderlo in un filamento da 1,75 mm, i ricercatori UTeM hanno quindi proceduto alla stampa 3D in campioni con un prototipo di macchina FFF dotata di trasduttore piezoelettrico, progettata per utilizzare le vibrazioni ultrasoniche come mezzo di migliorandone la stabilità.
Sebbene i modelli iniziali prodotti a una temperatura dell’ugello di 230°C presentassero difetti superficiali, gli ingegneri hanno poi accertato che l’aumento di questo parametro a 270°C e la riduzione della velocità di stampa hanno risolto questi problemi. Il team ha anche scoperto che l’esposizione delle parti a vibrazioni ultrasoniche a frequenze di 20 kHz “migliorava notevolmente l’adesione degli strati riciclati”.
Ciò si è rivelato il caso quando si trattava di migliorare la resistenza alla flessione e il modulo dei loro oggetti stampati, che erano rispettivamente del 43% e del 53% superiori rispetto alle parti non esposte. I risultati dei ricercatori sono stati successivamente confermati durante i test di resistenza alla trazione, in cui i materiali trattati a 20 kHz avevano una resistenza di 27,5 MPa, circa il 24% e il 19% in più rispetto a quelli esposti a 10 kHz e quelli non trattati interamente.
Dopo il successo del loro studio iniziale, i ricercatori stanno pianificando di rendere il loro progetto open-source. In tal modo, il team mira a rendere il più semplice possibile l’aggiunta di trasduttori a ultrasuoni alle stampanti 3D FFF e contribuire a promuovere l’adozione dell’ABS riciclato come alternativa più praticabile ai materiali monouso convenzionali.
“Nel complesso, il [nostro] approccio è un’opzione praticabile per un migliore utilizzo dei materiali stampati e, con l’aiuto delle vibrazioni a ultrasuoni, migliora le proprietà meccaniche dell’ABS riciclato”, conclude il team nel loro articolo. “Pertanto, questo studio mostra un enorme potenziale per la gestione sostenibile dei rifiuti di ABS attraverso il riciclaggio, altrimenti un onere crescente per le risorse e le discariche”.
Un menisco proof-of-concept prodotto utilizzando un processo di stampa 3D a ultrasuoni. Foto tramite la North Carolina State University.
Fare scalpore nel settore della bioprinting 3D
Il team UTeM potrebbe aver identificato un’applicazione di stampa 3D polimerica di onde ultrasoniche, ma la tecnologia è più convenzionalmente utilizzata all’interno della biostampa 3D. Nel marzo 2021, gli scienziati dell’Università di Bath e dell’Università di Bristol hanno escogitato un processo di bioprinting basato sull’energia acustica con un potenziale di ingegneria tissutale.
La tecnologia ricordava quella sviluppata dai ricercatori della North Carolina State University circa due anni prima, che prevedeva l’uso degli ultrasuoni per disporre le cellule in gel di bioprinting 3D. Nel loro articolo, il team ha suggerito che la tecnica potrebbe migliorare la fedeltà dei tessuti artificiali rispetto ai loro equivalenti biologici, in un modo che consente loro di affrontare le applicazioni di trattamento delle ferite.
Altrove, gli scienziati della Concordia University hanno anche scoperto un mezzo per implementare gli ultrasuoni nella stampa 3D dei polimeri . In sostanza, la tecnologia del team prevede l’utilizzo di onde sonore per creare reazioni sonochimiche in minuscole cavità e produrre parti complesse che non possono essere ottenute utilizzando le tecniche esistenti.
I risultati dei ricercatori sono dettagliati nel loro articolo intitolato ” Indagine sulle proprietà meccaniche dell’ABS riciclato stampato con stampante FDM open source integrata con vibrazione ad ultrasuoni “. Lo studio è stato co-autore dello studio Maidin S, Ting KH e Sim YY
