A Dresda hanno formulato e stampato in 3D un filamento di elastomero magnetico basato su TPU usando la tecnologia FFF

I RICERCATORI DI DRESDA SVILUPPANO UNa “TPU INTELLIGENTE” MAGNETICA PER FFF

I ricercatori dell’Università di Tecnologia di Dresda hanno formulato e stampato in 3D un filamento di elastomero magnetico basato su TPU usando la tecnologia FFF. Utilizzando una nuova testina di stampa e un campo magnetico, il team è stato in grado di pre-strutturare particelle magnetiche nella matrice di elastomero termoplastico, dandogli proprietà magnetiche una volta estruse.

“Materiali intelligenti” magnetici

Il termine “materiale intelligente” è apparso pochi anni fa per descrivere materiali che sono stati ulteriormente funzionalizzati con proprietà specialistiche dopo essere stati formulati. Nel caso del filamento in questo studio, è stato prodotto un elastomero magnetoreologico (MRE) – se lo desideri, un tipo di materiale intelligente. Secondo i ricercatori, combinando la funzionalità aggiuntiva di un MRE con la libertà di progettazione abilitata dalla tecnologia FFF a basso costo si potrebbe usare per risolvere una vasta gamma di problemi meccanici.

Esistono due tipi principali di MRE: MRE strutturati anisotropicamente e MRE strutturati isotropicamente. La strutturazione anisotropica descrive proprietà dipendenti dall’orientamento, in cui viene applicato un campo magnetico per pre-strutturare gli additivi magnetici e allinearli in linea con il campo. Le sovrastrutture sono bloccate nella matrice indurita (una volta fusa), provocando magnetismo su un solo piano. La strutturazione isotropica descrive il caso in cui non viene applicato un campo magnetico, quindi le particelle magnetiche vengono distribuite casualmente in tutta la matrice. Il magnetismo non è esclusivo o enfatizzato su un piano e la proprietà è indipendente dall’orientamento.

TPU magnetico pre-strutturante

I ricercatori hanno iniziato con l’obiettivo di produrre parti MRE pre-strutturate (anisotropiche) usando FFF. Recreus ha aggiunto particelle di polvere di ferro superiori a 10 micron a TPU Filaflex 82A . La dimensione minima è stata scelta perché consentirebbe ai ricercatori di tracciare le singole particelle usando la tomografia computerizzata (CT) quando studiano la microstruttura del nuovo MRE composito. Inizialmente, è stato prodotto un filamento composto non strutturato con particelle di polvere di ferro distribuite casualmente. Questo filamento continuerebbe ad essere utilizzato con la nuova testina di stampa progettata per strutturare gli additivi di ferro durante il processo di estrusione.

Per allineare il materiale magnetico nel filamento, il team ha alloggiato due magneti ad anello nello spazio proprio sopra il blocco termico. In questo modo, mentre il filamento passava alla sua forma fusa, gli additivi del ferro avrebbero iniziato lentamente ad allinearsi con il campo magnetico. La testina di stampa su misura è stata inserita in una stampante 3D Ultimaker 2+ disponibile in commercio e il filamento è stato attraversato da essa.

Dopo aver sottoposto i campioni stampati alla TC, è stata osservata la distribuzione microstrutturale e i ricercatori hanno confermato che la nuova testina di stampa era riuscita a strutturare gli additivi magnetici nel filamento prima della stampa. Il team si aspetta che il metodo alla fine venga perfezionato per produrre parti di uso finale per ingegneria medica e robotica leggera.

Ulteriori dettagli dello studio sono disponibili nel documento intitolato ” Elastomeri magnetici strutturati sul campo a base di poliuretano termoplastico per la fabbricazione di filamenti fusi “. È coautore di E. Dohmen, A. Saloum e J. Abel.

La ricerca e sviluppo di filamenti è di grande importanza nel campo della produzione additiva, in quanto la materia prima è importante tanto quanto la macchina con cui viene utilizzata nella produzione di parti professionali e industriali. Vediamo aziende e istituzioni che cercano costantemente di migliorare le proprietà dei materiali esistenti o di svilupparne di nuove del tutto. All’inizio di quest’anno, l’esercito americano ha formulato un nuovo filamento polimerico ad alta resistenza progettato per le parti mission-critical nel campo di battaglia. Altrove, a Pechino, i ricercatori hanno sviluppato un filamento composito a base di PCL infuso di amido con proprietà antibatteriche.

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