La stampa 3D multi-materiale sta diventando più comune con le nuove stampanti 3D, ma ci sono ancora difficoltà nel far aderire correttamente gli strati di più materiali. In un documento dal titolo ” Incollaggio potenziato di polimeri immiscibili mediante co-estrusione intermodale in modellazione a deposizione fusa “, una coppia di ricercatori descrive un metodo progettato per migliorare la forza di adesione delle parti stampate in 3D con materiali dissimili.
“Poiché la maggior parte dei sistemi FDM multi-materiale utilizzano ugelli separati per ciascun materiale, ciò limita la capacità di stampare parti FGM (materiali con gradazioni funzionali) reali poiché queste stampanti producono componenti con transizione molto distinta da un materiale all’altro”, sottolineano i ricercatori su. “Pertanto, i dispositivi stampati con questi sistemi FDM multi-materiale sono vulnerabili alla delaminazione o ad altri tipi di guasti quando caricati meccanicamente o termicamente a causa di potenziali problemi di collegamento del materiale.”
Pertanto, i ricercatori hanno sviluppato un sistema di stampa 3D FDM multi-materiale con un singolo ugello capace di depositare più materiali, cambiando continuamente la composizione durante la stampa. Hanno progettato e realizzato un sistema di tri-estrusione personalizzato con tre canali inerti. Il sistema può essere utilizzato per stampare con o senza intermixing, quindi è in grado di stampare sia in co-estrusione side-by-side che in co-estrusione intermixata.
La testa del tri-estrusore ha quattro componenti principali: due guide, una camera di fusione fuso e un ugello. Le guide hanno un dissipatore di calore che garantisce che i filamenti non raggiungano una temperatura superiore alla temperatura di transizione vetrosa.
“Due ingressi sono angolati a 45 ° rispetto al piano orizzontale dal lato sinistro e destro verso la camera di fusione e l’ugello, e il terzo ingresso è disposto a 90 ° rispetto al piano orizzontale e concentrico con la camera di fusione e l’uscita dell’ugello, “I ricercatori spiegano. “L’ingresso sinistro e destro sono utilizzati per materiali termoplastici mentre l’ingresso superiore è destinato a lavori futuri. Quindi, l’ingresso superiore è stato tenuto chiuso usando una vite M6 durante l’intero lavoro qui. ”
Il tri-estrusore è stato installato su una stampante 3D Geeetech . Per attivare la miscelazione, un miscelatore elicoidale statico viene inserito nell’ugello che viene quindi avvitato alla camera di fusione. Quando i polimeri fusi fluiscono attraverso l’intermixer, si mescolano per l’avvezione caotica. ABS e HIPS sono stati usati come materiali per lo studio.
Le resistenze a trazione delle parti stampate fianco a fianco e le parti mescolate erano indistinguibili, a dimostrazione del fatto che il mescolarsi non ha alcun effetto negativo sulla resistenza meccanica. Tuttavia, le parti stampate affiancate si sono divise dopo i test di trazione mentre le parti miscelate si sono fessurate uniformemente attraverso la sezione trasversale.
“I test con campioni estrusi confermano che i co-estrusi mescolati hanno una codifica meccanica casuale ma ben consistente, con conseguente resistenza finale simile dei co-estrusi fianco a fianco”, concludono i ricercatori. “Ancora più importante, i campioni planari mostrano che il mescolamento migliora la forza di adesione di due perline depositate adiacenti di oltre il 40%.”
I risultati suggeriscono che il mescolamento può determinare una maggiore resistenza meccanica, purché tutti gli altri parametri siano mantenuti gli stessi. Il lavoro futuro includerà ulteriori test meccanici e la stampa 3D di materiali con classificazione funzionale.
Gli autori del documento includono Mohammad Abu Hasan Khondoker e Dan Sameoto.
