Analisi meccanica dei compositi a fibra corta fabbricati per stereolitografia invertita

Ricercatore dell’Università di Toronto Collabora con fibre corte composte in stampa 3D SLA

La stampa 3D è ancora relativamente inesplorata, e le domande continuano ad abbondare per quanto riguarda le proprietà meccaniche mentre cerchiamo i materiali e le parti più convenienti, resistenti e durevoli. Ora, i ricercatori dell’Università di Toronto stanno studiando opzioni con compositi a fibra corta nella stampa 3D SLA. Le loro scoperte sono state recentemente pubblicate in ” Analisi meccanica dei compositi a fibra corta fabbricati per stereolitografia invertita “, scritto da Ignace (Joe) Brazda, studente di tesi di Chimica e chimica applicata.

Brazda si rende conto che molte parti stampate in 3D non sono adatte per applicazioni di carico a causa della mancanza di resistenza nelle proprietà meccaniche. Per migliorare su questo problema, ha combinato le fibre di vetro con una resina acrilica per la stampa SLA. Brazda ha trovato successo nell’aumentare il modulo elastico, ma sfida il contrario. Ha scelto la stampa 3D SLA perché ci sono così tanti vantaggi per realizzare prototipi robusti, nonostante altri problemi come la quantità di resina necessaria per riempire il serbatoio (con il volume di costruzione corrispondente alle dimensioni del serbatoio), che può essere ingombrante. Scomoda anche la necessità di scaricare la resina circostante per eliminare il materiale parzialmente indurito.

“Per attrarre un numero maggiore di consumatori, è preferibile una macchina SLA con un ingombro ridotto e requisiti di tensione di alimentazione di base”, afferma Brazda.

Con SLA invertito, il sistema polimerizza dal basso. Le parti sono invertite sulla piattaforma di costruzione e, poiché non c’è resina viscosa, le strutture di supporto devono essere stampate in modo che il campione non si sposti. Il modulo 2 è un buon esempio di una stampante 3D ISLA che consente un flusso di lavoro regolare.

Formlabs ha sviluppato una grande pipeline di materiali, con ogni resina con vari colori, proprietà meccaniche e applicazioni. Mentre le resine rigide contengono particelle di vetro, l’autore afferma di mantenere l’isotropia pur limitando le proprietà meccaniche richieste.

“Il modulo 2 non è l’unica stampante ISLA disponibile”, afferma l’autore. “Tuttavia, rispetto ad altri concorrenti (Nobel Series di XYZ Printing, Peopoly Moai, Asigo Pica 2), il modulo 2 fornisce la risoluzione XY più alta (140 μm) ed è l’unica stampante ISLA a includere un meccanismo di pulizia”.

Nell’esaminare se i compositi potrebbero essere efficaci per la stampa SLA, la ricerca si è concentrata sulle loro proprietà meccaniche intrinseche. Attualmente, questi tipi di materiali sono utilizzati per creare parti in aeronautica, campo medico, sport e altro.

“Le proprietà di un composito possono essere adattate alle applicazioni”, afferma Brazda. “Ad esempio, la fibra di vetro è una resina combinata con fibre di vetro. La vetroresina mostrerà le proprietà sia delle fibre che della resina matrice. Variando le quantità dei componenti, le proprietà meccaniche della fibra di vetro possono essere adattate per un’applicazione specifica. L’orientamento e la lunghezza delle fibre influenzano anche il comportamento meccanico. “

Brazda ha scelto fibre di vetro corte per il rinforzo di resina con la Forma 2 grazie alla loro elevata resistenza e modulo e alle eccellenti capacità di incollaggio. Sono disponibili in una gamma di dimensioni e possono essere rivestiti dall’utente in base ai requisiti di adesione.

“Soprattutto, le fibre di vetro non interferiranno con l’intensità del laser UV”, afferma l’autore. “Il laser è ancora in grado di passare attraverso le fibre, permettendo alla resina circostante di polimerizzare.”

L’obiettivo di Brazda era di creare campioni stampati in 3D con “qualità meccaniche superiori”. Ritiene che questo tipo di ricerca sia nuovo, senza precedenti tentativi di utilizzare fibre di vetro corte per tali mezzi. I campioni sono stati quindi analizzati in relazione alle loro prestazioni nel flusso di lavoro ISLA. Il flusso delle fibre e le geometrie di stampa erano al centro dell’attenzione.

Mentre le fibre possono essere miscelate con successo nel serbatoio di resina, Brazda ha scoperto che i gradienti di flusso generalmente offrivano un orientamento “non ideale” delle fibre. Ciò significa che le applicazioni per tali stampe 3D potrebbero essere limitate:

“La resina accelera verso il confine più vicino della stampa, che farà sì che le fibre si allineino nella direzione del flusso. Questo sarà generalmente attraverso la larghezza di un alto rapporto di allungamento, e causa l’orientamento della fibra trasversale, che non aumenterà significativamente il modulo elastico del campione lungo l’asse principale del membro “, ha concluso Brazda.

“Il futuro lavoro con l’ISLA dovrebbe continuare ad esplorare l’orientamento indotto dal flusso e concettualizzare nuove idee per modificare il movimento della resina. Per ottenere fibre allineate longitudinalmente, si desidera il flusso del canale. È probabile che sia preferibile l’uso di una stampante ISLA con più capacità open source. “

Il tema delle proprietà meccaniche è molto diffuso, in quanto i ricercatori di tutto il mondo considerano come i vantaggi della stampa 3D possano essere ulteriormente integrati nella produzione con materiali come il titanio stampato SLM 3D , l’ alluminio e il PLA .

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