L’Istituto russo Zelinsky e la porosità nella stampa 3d ad estrusione

Riduzione dell’elevata porosità e miglioramento delle proprietà di tenuta nella stampa 3D basata su estrusione

Mentre sono in corso molte ricerche su cosa causa difetti strutturali  (porosità) e altri difetti nelle parti stampate in metallo 3D, non dimentichiamo che gli oggetti stampati in 3D realizzati con altri tipi di materiali possono anch’essi soffrire di problemi. Un piccolo gruppo di ricercatori dell’Istituto ND Zelinsky di chimica organica della Russian Academy of Sciences sta lavorando per eliminare la porosità negli oggetti PLA creati utilizzando la stampa 3D basata sull’estrusione e valutare anche la qualità degli oggetti stampati in 3D … e loro ho imparato qualcosa di interessante sulla forma degli oggetti stampati in 3D nel processo.

La stampa 3D continua a svilupparsi rapidamente, così come i materiali utilizzati per la stampa 3D di pezzi e parti per una vasta gamma di settori. Le tecnologie di stampa 3D basate su estrusione, come la FDM (Fused Deposition Modeling), sono tra i metodi più diffusi, ma affinché la qualità di queste parti stampate in 3D rimanga coerente, dobbiamo trovare un modo per ridurre l’elevata porosità e la scarsa tenuta proprietà.

Se le pareti della stampa non sono abbastanza spesse , si può verificare la deformazione, che ovviamente non è ciò che si spera in una stampa di successo. Secondo il team di ricerca dell’Istituto Zelinsky, l’efficace sigillatura di liquidi e gas “è un requisito necessario per la progettazione di dispositivi utilizzati nella ricerca, nell’industria e in una varietà di applicazioni pratiche”.

I ricercatori Evgeniy G. Gordeev, Alexey S. Galushko e Valentine P. Ananikov hanno appena pubblicato un articolo dal titolo ” Miglioramento della qualità degli oggetti stampati in 3D mediante l’eliminazione di difetti strutturali microscopici nella modellazione di deposizioni fuse “, che spiega i loro ultimi sforzi di ricerca.

L’abstract dice: “La produzione additiva con Fused deposition modelling (FDM) è attualmente ottimizzata per una vasta gamma di applicazioni di ricerca e commerciali. Il principale svantaggio dei prodotti creati con FDM è la loro bassa qualità e difetti strutturali (porosità), che impongono un ostacolo al loro utilizzo nella prototipazione funzionale e nella produzione digitale diretta di oggetti destinati al contatto con gas e liquidi. Questo articolo descrive un approccio semplice ed efficiente per valutare la qualità degli oggetti stampati in 3D. Utilizzando questo approccio è stato dimostrato che la permeabilità della parete di un oggetto stampato dipende dalla sua forma geometrica e viene gradualmente ridotta in una serie successiva: cilindro> cubo> piramide> sfera> cono. Velocità di avanzamento del filamento, La geometria della parete e la struttura muraria definita da G-code sono stati trovati come parametri primari che influenzano la qualità dei prodotti stampati in 3D. L’ottimizzazione di questi parametri ha portato ad un aumento generale della qualità e al miglioramento delle proprietà di tenuta. È stato dimostrato che l’alta qualità degli oggetti stampati in 3D può essere ottenuta utilizzando stampanti e filamenti standard normalmente disponibili “.

(A) cilindro, (B) cono, (C) sfera, (D) unito cilindro / cono, (E) piramide, (F) cubo.

Valutazione della qualità delle forme stampate in 3D.

Il team ha utilizzato una stampante desktop Picaso Designer PRO 250 3D  per oggetti di stampa 3D, utilizzando materiale PLA, in una varietà di forme, come sferica, piramidale, cilindrica e conica, e quindi ha analizzato gli oggetti. Hanno sviluppato un esperimento per valutare la qualità dei prodotti stampati in 3D, che ha avuto inizio collegandoli con un tubo flessibile a un compressore d’aria.

Tubi cilindrici stampati di diverso spessore di parete
Quindi gli oggetti sono stati posti all’interno di un contenitore di vetro trasparente riempito d’acqua, prima che la pressione del gas interna bassa fosse applicata attraverso il tubo. Questo ha causato l’emissione di bolle dai pori degli oggetti, che poi hanno permeato le sue pareti.

“Le intensità e le densità dei flussi di bolle corrispondevano alle dimensioni e alle densità lineari dei pori, rispettivamente”, afferma la carta. “Più grande è il diametro del poro, più intensa è la formazione di bolle d’aria attraverso questo poro. La densità quantitativa delle bolle d’aria sulla superficie della parte stampata corrisponde alla densità dei canali passanti all’interno del muro. ”
Questo approccio potrebbe essere utilizzato su tutti gli oggetti indipendentemente dalla forma e ha insegnato ai ricercatori una preziosa lezione: la permeabilità della parete di un oggetto stampato in 3D dipende molto dalla sua forma geometrica, ancor più della temperatura di estrusione o del tipo di polimero usato .

Il documento conclude, “Il presente studio dimostra che la stampa 3D è adatta per la produzione di prodotti completi e funzionalmente coerenti con buone proprietà di tenuta da una vasta gamma di polimeri, anche utilizzando stampanti 3D personali poco costose. Naturalmente, ogni caso specifico di produzione mediante stampa 3D può richiedere un’ottimizzazione separata dei parametri, soprattutto quando si modifica il modello di una stampante 3D o di un materiale filamentoso. Le proprietà del prodotto possono essere influenzate dalla costruzione dell’alimentatore, dalla presenza / assenza di un involucro chiuso, dalla modalità di riscaldamento della piattaforma di lavoro, dal sistema di raffreddamento dell’estrusore, ecc. Nonostante ciò, con l’ottimizzazione delle condizioni di stampa, le stampanti 3D desktop commerciali possono essere adatte la produzione di contenitori sigillati per varie applicazioni.
Poiché la ricerca dell’Accademia delle scienze russa esamina sempre più aspetti della stampa 3D , tali sforzi continueranno a contribuire alla comprensione globale delle tecnologie additive.

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