Preparazione e caratterizzazione della miscela termicamente stabile di ABS / HDPE per la fabbricazione di filamenti fusi

La nuova miscela ABS / HDPE FFF si rafforza nel tempo

I pellet di plastica per lo stampaggio a iniezione esistono in una varietà molto più ampia rispetto ai filamenti per stampa 3D, offrendo così il potenziale per una gamma molto più ampia di applicazioni. Allo stesso tempo, i pellet sono, al momento, significativamente meno costosi del filamento. Ci sono un numero limitato di stampanti 3D a estrusione di pellet sul mercato, ma il fatto che non ce ne siano altre è in qualche modo sorprendente. Un team di ricercatori della Massey University di Auckland, in Nuova Zelanda, sta svolgendo il proprio lavoro per cambiare le cose.

In precedenza , il gruppo, guidato da Khalid Mahmood Arif , docente senior di meccatronica e robotica presso il Centro per la produzione additiva della scuola, ha sviluppato un estrusore a micropellet per la stampa 3D. I ricercatori sono andati oltre la creazione della tecnologia e hanno persino caratterizzato la resistenza, la qualità della superficie e la coerenza delle parti realizzate.

Il team sta continuando il suo lavoro sviluppando e caratterizzando nuovi materiali per il sistema di stampa 3D. Più di recente, Arif, et al. pubblicato un articolo in Materiali e processi produttivi che discute di una nuova combinazione di ABS / HDPE da utilizzare nella loro stampante 3D per estrusione di micropellet, risultante in un materiale stampato che in realtà è diventato più forte con l’invecchiamento, battendo alcuni dei polimeri più forti in FFF desktop e industriale Stampa 3D.

Nel documento, intitolato “Preparazione e caratterizzazione della miscela termicamente stabile di ABS / HDPE per la fabbricazione di filamenti fusi”, gli autori descrivono i vantaggi e gli svantaggi di entrambi ABS e HDPE. Come molti nostri lettori sanno, l’ABS è quasi onnipresente nella stampa 3D desktop, per la sua resistenza alla trazione, la capacità di deformarsi senza rompersi, la capacità di respingere l’acqua e altre caratteristiche che lo rendono adatto a una vasta gamma di applicazioni. L’HDPE, d’altra parte, è un materiale molto difficile da stampare e viene usato raramente.

Le buone qualità dell’ABS si degradano poiché l’ABS è esposto a temperature superiori a 40 ° C. Nel tentativo di preservare queste desiderabili proprietà meccaniche, i ricercatori hanno deciso di fondere la plastica con polietilene ad alta densità (HDPE), che dimostra una buona stabilità termica quando miscelato con altri polimeri. Nella miscela era richiesta un’anidride maleica innestata in polietilene (PE-g-MAH).

Il team ha realizzato una varietà di combinazioni dei materiali, stabilendosi uno dopo l’altro si è rivelato non stampabile. Arif, et al. inoltre ha dovuto modificare il suo estrusore a micropellette aggiungendo un sistema di raffreddamento a liquido, che impedisce il riscaldamento incontrollato all’interno dell’estrusore, con conseguente temperatura di estrusione uniforme. Per garantire la stampabilità della miscela finale, hanno dovuto applicare del nastro adesivo sul piano di stampa.

Una volta ottenuta la miscela corretta, sono stati stampati campioni di trazione, compressione e flessione secondo gli standard ASTMD e ISO. Hanno anche testato la stampabilità sotto vari reggimenti di temperatura, con temperature di estrusione comprese tra 185 ° C e 205 ° C e temperature del letto comprese tra 25 ° C e 75 ° C. Oltre ai test fisici, gli autori hanno eseguito analisi visive e meccaniche del materiale stampato che includeva spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier, calorimetria a scansione differenziale, analisi termogravimetrica e microscopia elettronica a scansione (SEM).

I risultati dello studio sono stati piuttosto sorprendenti. Secondo gli autori, la miscela ABS / HPDE non solo ha dimostrato una buona stabilità termica, ma in realtà è diventata più forte nel tempo. Inoltre, gli autori sostengono che, sulla base della ricerca riguardante altri materiali e processi di stampa 3D durevoli sul mercato, la resistenza alla flessione della loro miscela potrebbe essere la più forte. In particolare, hanno affermato che una miscela invecchiata di ABS e HDPE aveva una resistenza alla flessione maggiore rispetto a ABSPlus di Stratasys e poliammide 6 con rinforzo in fibra di carbonio di Markforged.

“Rispetto alla letteratura, la resistenza a compressione massima di 162 MPa raggiunta per 6 giorni di età dei campioni è una delle più alte in FFF fino ad oggi, per quanto ne sappiamo”, hanno scritto gli autori.

Gli autori hanno concluso con questi tre takeaway:

“La miscela ha una delle proprietà meccaniche più elevate tra i materiali di miscela FFF esistenti. La resistenza alla trazione è la seconda più alta, la resistenza alla flessione e la resistenza alla compressione è la più alta tra la letteratura esistente sulle miscele per FFF.

L’invecchiamento ha aumentato significativamente la resistenza meccanica (trazione, flessione e compressione) invece del degrado. Ciò mostra la stabilità termica alle alte temperature.

L’invecchiamento termico ha migliorato la cristallizzazione a freddo come osservato in DSC. Questa cristallizzazione eterogenea ha migliorato la diffusione tra le perle durante la stampa 3D che porta a proprietà migliorate “.

Il team di ricerca non ha discusso della fattibilità di una tale miscela ABS / HPDE in forma di filamento, né di eventuali piani di commercializzazione.

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