La schiuma sintattica stampata in 3D potrebbe consentire alla nuova generazione di sottomarini immersioni più profonde
Una svolta nei materiali espansi stampati in 3D potrebbe aiutare a migliorare i sottomarini, consentendo alle imbarcazioni subacquee di esplorare a profondità maggiori.
Un team di ricercatori in scienze dei materiali della NYU Tandon School of Engineering ha sviluppato un modo per stampare la schiuma sintattica in 3D, un materiale composito utilizzato per una vasta gamma di applicazioni nei settori automobilistico, aeronautico, navale e sottomarino.
Le schiume sintattiche sono costituite da una miscela di sfere microscopiche cave di ceramica o di vetro e un materiale di resina epossidica o plastica. Il materiale è popolare nella produzione perché è allo stesso tempo incredibilmente forte, leggero e in grado di galleggiare. (Comprensibilmente, queste tre caratteristiche lo hanno reso particolarmente utile nella produzione di sottomarini).
Gli scienziati della NYU affermano che la capacità di stampare schiume sintattiche in 3D potrebbe consentire la produzione di componenti più complessi con una migliore resistenza allo stress e proprietà fisiche, migliorando il metodo attualmente utilizzato per le parti sintetiche in schiuma dello stampaggio a iniezione.
Lo stampaggio a iniezione della schiuma, per lo più efficace, richiede che le parti siano unite e attaccate dopo lo stampaggio, il che può, come dicono i ricercatori, “introdurre vulnerabilità”. La produzione additiva, d’altra parte, renderebbe possibile la stampa 3D intera e altamente parti complesse, migliorando così la resistenza complessiva dei componenti.
Come funziona esattamente la schiuma sintattica per la stampa 3D? È sorprendentemente semplice, poiché il team di ricerca è stato in grado di sviluppare un filamento sintetico di schiuma che può essere elaborato utilizzando stampanti 3D disponibili in commercio.
Lo sviluppo del filamento, per parte sua, era un po ‘più complesso. Come spiega il team in uno studio pubblicato di recente, ha affrontato diverse sfide nella creazione di un filamento stampabile 3D, tra cui l’arresto delle microsfere della schiuma sia durante l’interruzione durante il processo di stampa o il blocco dell’ugello della stampante.
Alla fine, tuttavia, hanno creato un filamento stampabile in polietilene ad alta densità (HDPE) e microsfere composte da ceneri volanti riciclate, un sottoprodotto della combustione del carbone. Oltre alla sua stampabilità, anche il materiale sintetico in schiuma è completamente riciclabile.
“Il nostro obiettivo era sviluppare un filamento che potesse essere utilizzato nelle stampanti commerciali senza alcun cambiamento nell’hardware della stampante”, ha spiegato Nikhil Gupta, professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale che ha lavorato al progetto. “Ci sono molti parametri che influire sul processo di stampa, tra cui materiale della piastra di costruzione, temperatura e velocità di stampa. Trovare una serie di condizioni ottimali è stata la chiave per rendere possibile la stampa di parti di alta qualità “.
Un elemento chiave nello sviluppo del filamento era trovare la giusta dimensione per le microsfere cave che permettessero loro di passare facilmente attraverso l’ugello della stampante senza intasarsi. In definitiva, le microsfere hanno un diametro compreso tra 0,04 mm e 0,07 mm, che passano facilmente attraverso un ugello standard da 1,7 mm.
Inoltre, gli scienziati hanno dovuto capire come mescolare la resina HDPE con le microstrutture in modo da non rompere e schiacciare completamente le forme vuote.
“Vogliamo aggiungere il maggior numero possibile di particelle vuote per rendere il materiale più leggero, ma avere un numero maggiore di particelle significa che molte di esse si romperanno durante l’elaborazione”, ha affermato Ashish Kumar Singh, uno dei dottorandi di Gupta e leader dello studio “La sopravvivenza di particelle vuote prima durante la produzione di filamenti e poi nel processo di stampa 3D richiede molto controllo di processo”.
Impressionante, il materiale sintetico stampato in schiuma 3D ha dimostrato eccellenti proprietà e, a quanto pare, è paragonabile alle parti stampate ad iniezione in termini di resistenza alla trazione e densità. “I risultati mostrano che le proprietà dei componenti sintetici stampati in schiuma 3D sono alla pari con le tradizionali parti stampate ad iniezione dello stesso materiale,” ha aggiunto Singh.
Attualmente, il team sta lavorando per ottimizzare il materiale per lo sviluppo di veicoli sottomarini che possono operare a profondità specifiche.
La ricerca è stata recentemente pubblicata su JOM, il Journal of the Minerals, Metals & Materials Society in due documenti separati: ” Produzione additiva di schiume sintattiche: Parte 1: Sviluppo, proprietà e potenziale di riciclo dei filamenti ” e ” Produzione additiva di sintattica” Schiume: Parte 2: stampa dei campioni e caratterizzazione delle proprietà meccaniche .
Il team del dipartimento di ingegneria meccanica della NYU Tandon ha lavorato in collaborazione con un gruppo del National Institute of Technology Karnataka, Surathkal in India.
