La tecnologia CLIP di Carbon primi test delle proprietà meccaniche

La società di stampa 3D California Carbon , fondata nel 2013, è improvvisamente entrata in scena nel 2015 con la sua innovativa tecnologia  Continuous Liquid Interface Production (CLIP) , che utilizza la potenza della luce e dell’ossigeno per curare una resina fotosensibile. Piuttosto che costruire un oggetto per strati, la stampa CLIP 3D super veloce indurisce la resina sfruttando la luce, usando l’ossigeno come agente inibitore ed è perfetta per l’uso in applicazioni automobilistiche , tra le altre.

La tecnologia CLIP, come altre forme di stampa 3D, è in grado di creare oggetti con geometrie complesse, il che significa che può essere utilizzato per la stampa 3D di strutture a traliccio architettonico. Un gruppo di ricercatori  dell’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign harecentemente pubblicato un documento per un simposio, intitolato ” Proprietà meccaniche delle strutture a reticolo esagonale fabbricate usando la produzione additiva continua di produzione di interfacce liquide “, che secondo loro è “il primo rapporto pubblicato di meccanica test su materiali reticolari prodotti utilizzando CLIP. ”

“Questo documento presenta test di progettazione, produzione e proprietà meccaniche di strutture reticolari esagonali prodotte utilizzando la tecnologia AM (Continuous Interface Interface) basata su CL”, hanno scritto i ricercatori. “Abbiamo stampato e testato oltre 50 parti, in quattro materiali polimerici e con quattro diverse dimensioni del traliccio. I moduli elastici misurati delle strutture stampate sono vicini ai valori attesi dalle specifiche del fornitore del materiale, sebbene vi siano alcune variazioni; questa variazione è diversa per materiali diversi. ”
Il team ha utilizzato la tecnologia CLIP per strutture di reticolo di stampa 3D, costituite da esagoni regolari, in quattro materiali diversi: additivo epossidico (EPX), poliuretano rigido (RPU) e poliuretano flessibile (FPU) e  estere di cianato (CE). Le parti hanno un rapporto spessore / lunghezza del traliccio che va da 0,05 a 0,20, che corrisponde a densità relative da 0,06 a 0,23. La parte più piccola era 35 x 35 x 22 mm, mentre la più grande era 110 x 104 x 45 mm.

Il loro obiettivo era scegliere e testare varie combinazioni di proprietà intrinseche e geometrie reticolari, al fine di “coprire una vasta gamma di comportamenti attraenti del materiale reticolare”.

“Abbiamo progettato le dimensioni del reticolo per ottenere densità relative che vanno da 0,06 a 0,23 e meccanismi di rottura che vanno da instabilità fragile, plastica ed elastica. Partendo dal presupposto che i membri del traliccio sono sottili (t / l << 1), le espressioni per le densità relative, i moduli elastici e le resistenze di guasto possono essere calcolate per i reticoli esagonali “, hanno scritto i ricercatori. “Quando diminuisce la snellezza del traliccio (aumenta t / l), la validità di queste equazioni diminuisce; per densità relative inferiori a 0,4 la modellazione è precisa entro il 10% dei valori effettivi [4]. Risolvendo per tutte le resistenze di rottura meccanicistica, prevediamo che la resistenza del reticolo sia il minimo delle resistenze di guasto accessibili. Per i nostri quattro punti di progettazione e quattro materiali, i reticoli hanno previsto moduli che vanno da 0,55 a 970 MPa e resistenze che vanno da 0. 02 – 38 MPa. Questi numeri riflettono le proprietà per tutte e tre le direzioni di compressione (nel piano e fuori dal piano). ”

Ciascuno dei progetti è stato testato, in compressione monoassiale, in entrambe le direzioni fuori piano (X3) e in piano (X2), mentre le registrazioni ottiche sono state utilizzate per osservare i meccanismi di guasto. Inoltre, i ricercatori hanno anche testato alcuni dei progetti nella direzione del piano ortogonale (X1).

Sia una parte RPU che una parte EPX, con geometrie identiche, sono state testate nella direzione X2. I risultati di questo test mostrano come le prestazioni e gli errori delle parti sono controllati dalle loro proprietà distinte del materiale sfuso e dai loro punti di forza. La curva sforzo-deformazione per la parte RPU illustra la resa plastica prima della frattura, sebbene entrambe le parti stampate in 3D presentino fratture fragili.

“Possiamo confrontare le prestazioni del reticolo misurate con le prestazioni attese dalla teoria utilizzando i dati di proprietà del materiale dai fogli delle specifiche del fornitore”, hanno scritto i ricercatori. “Per la parte EPX, il modulo elastico misurato è 64,0 MPa rispetto al valore previsto di 58,0 MPa e la resistenza di guasto misurata è 1,7 MPa rispetto al valore previsto di 2,1 MPa. Per la parte dell’RPU, il modulo elastico misurato è 31,3 MPa rispetto al valore previsto di 35,1 MPa e la resistenza di guasto misurata è di 1,3 MPa rispetto al valore atteso di 1,1 MPa. ”
Il team è stato in grado di determinare che i guasti della struttura stampata in 3D dipendevano non solo dal materiale utilizzato, ma anche “dai valori specifici della lunghezza e dello spessore del traliccio”.

Co-autori del giornale sono Davis McGregor, Sameh Tawfick e William King.

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