Capacità meccaniche e anti-deformazione dei compositi rinforzati con nanotubi di carbonio mediante la tecnologia di stampa 3D di elaborazione della luce digitale

Stampa 3D DLP: meccanica e anti-deformazione per compositi rinforzati con nanotubi di carbonio

I ricercatori spagnoli continuano la tendenza allo sviluppo di nuove combinazioni di materiali, descrivendo in dettaglio il loro studio nelle ” Capacità meccaniche e anti-deformazione dei compositi rinforzati con nanotubi di carbonio mediante la tecnologia di stampa 3D di elaborazione della luce digitale “.

Mentre ci sono stati numerosi studi riguardanti i compositi rinforzati con nanotubi di carbonio (CNT) – dal miglioramento dei materiali alla creazione di sensori per dispositivi indossabili , e-textiles e molto altro – qui, gli autori eseguono uno studio più unico sulle proprietà meccaniche e sui sensori di deformazione, con lo “sviluppo di un inchiostro conduttivo per la tecnologia di stampa 3D DLP con capacità di auto-rilevamento basato su una resina fotocurabile commerciale drogata con CNT”.

Notando che la stampa 3D sta producendo enormi impatti nel mondo industriale e anche in molte altre applicazioni, gli autori affermano con precisione che esiste “un ampio campo di miglioramento”.

I materiali compositi stanno diventando sempre più popolari nell’arena della stampa 3D poiché gli utenti di tutti i livelli sono in grado di soddisfare meglio le loro esigenze per la ricerca, i progetti e la produzione di parti più resistenti.

“In particolare, le resine drogate con nanotubi di carbonio (CNT) sono state oggetto di numerosi studi negli ultimi decenni a causa delle loro grandi proprietà meccaniche, termiche ed elettriche”, affermano i ricercatori. “La loro aggiunta a basso contenuto in una resina isolante consente la formazione di reti elettriche di percolazione all’interno del materiale, portando ad un aumento della conduttività elettrica del materiale di diversi ordini di grandezza.”

Il monitoraggio strutturale della salute (SHM) è un’applicazione primaria in grado di beneficiare di tali materiali, in quanto i sensori possono rilevare i danni da deformazione negli indicatori metallici. In precedenza, una serie di studi sulla stampa 3D ha coinvolto i CNT come riempitivi nello sviluppo di parti con proprietà elettriche, sensori di deformazione elastici, dispositivi di schermatura ed elettronica flessibile.

In questo studio, i ricercatori hanno variato i CNT mentre hanno valutato gli effetti sulla conducibilità. Successivamente, è stato studiato il potenziale per il rilevamento della deformazione mentre gli autori hanno valutato gli impatti dello stato di carico e dei trattamenti post-indurimento.

Distanza tra i rotoli durante il processo di calandratura.

Un B9Creator è stato utilizzato per la stampa 3D di sei campioni per lo studio con contenuto CNT di 0,030, 0,050, 0,075, 0,100 e 0,150% in peso.

“I parametri di stampa più rilevanti erano 30 µm di spessore dello strato e 5,12 s di tempo di esposizione per strato, ad eccezione di quei campioni con un CNT dello 0,150% in peso, dove il tempo di esposizione è stato aumentato a 6,84 s”, hanno affermato gli autori.

“Ciò è dovuto al maggiore contenuto di CNT che induce un effetto di schermatura della luce UV più diffuso causato dai CNT, riducendo l’esposizione alle radiazioni UV del fotoiniziatore e portando quindi a una condizione di sottoesposizione. D’altra parte, sono state osservate condizioni di sovraesposizione per campioni con contenuto di CNT inferiore allo 0,100% in peso e tempi di esposizione alla luce UV più lunghi di 5,12 s. “

La metà dei campioni è stata sottoposta a trattamenti post-indurimento UV mentre i ricercatori hanno studiato l’influenza sul rilevamento della deformazione e sulle proprietà meccaniche.

Esempi di parti stampate in 3D con 0,100% in peso di CNT. (a) Campioni di prova di trazione e flessione su tre punti e (b) parti di geometria complessa.

Sono stati inoltre prelevati campioni di DSC per “risultati rappresentativi” poiché i ricercatori hanno considerato le variazioni nei gradi di polimerizzazione di ciascun campione.

Esempio di test DSC con prima e seconda scansione.

I ricercatori hanno confermato che in questo caso la stampa 3D è vantaggiosa poiché le nanoparticelle vengono rapidamente disperse nella resina. Con un ritardo, è possibile una maggiore perdita di proprietà a causa del riagglomerato di nanoparticelle.

Cambiamenti sullo stato di dispersione in funzione del tempo dopo l’esecuzione del processo di dispersione e in funzione del contenuto di CNT. a) microfotografie TOM di dispersione contenenti 0,100% in peso di CNT a 0, 8, 21 e 30 ore dopo l’esecuzione della dispersione; (b) area frazionaria occupata da CNT, dimensione aggregata mediamente maggiore e loro influenza nella conducibilità elettrica in funzione del tempo trascorso dopo la dispersione; (c) dimensione individuale dell’agglomerato in funzione del tempo dopo la dispersione; (d) microfotografie TOM a 0 ore dopo la dispersione in funzione del contenuto di CNT; e (e) dimensione individuale dell’agglomerato a 0 ore dopo la dispersione in funzione del contenuto di CNT.

Micrografie FEG-SEM che mostrano la distribuzione di CNT del campione CNT 0,100% in peso a (a) bassi ingrandimenti e (b) alti ingrandimenti.

La valutazione ha mostrato che è stata raggiunta un’adeguata distribuzione CNT con una soglia di percolazione elettrica inferiore e, in termini di proprietà meccaniche, una maggiore rigidità del materiale.

“Tuttavia, i migliori risultati in termini di sensibilità alla deformazione sono stati trovati anche per i contenuti CNT più bassi poiché sono più vicini alla soglia di percolazione, con l’effetto tunneling che è il meccanismo più dominante del trasporto di carica elettrica. Inoltre, la sensibilità alla deformazione è risultata significativamente inferiore per i test di flessione su tre punti rispetto ai test di trazione come previsto a causa dell’effetto della faccia sottoposta a compressione sull’intera resistenza elettrica del campione “, hanno concluso i ricercatori.

“Pertanto, i risultati dimostrano le eccellenti capacità dei nanocompositi prodotti da DLP rinforzati con CNT in applicazioni anti-stress e fanno luce su come un trattamento post-indurimento UV e il contenuto di CNT influenzano le proprietà elettromeccaniche di questi materiali.”

Be the first to comment on "Capacità meccaniche e anti-deformazione dei compositi rinforzati con nanotubi di carbonio mediante la tecnologia di stampa 3D di elaborazione della luce digitale"

Leave a comment