Proprietà meccaniche del poliuretano termoplastico poroso ottenuto dalla stampa 3D per dispositivi di protezione

Corea: equipaggiamento protettivo per stampa 3D con poliuretano termoplastico poroso

Nella recente valutazione ” Proprietà meccaniche del poliuretano termoplastico poroso ottenuto dalla stampa 3D per dispositivi di protezione “, i ricercatori coreani Hyojeong Lee, Ran-i Eom e Yejin Lee esplorano gli usi della stampa 3D per apparecchiature ad alte prestazioni.

Nel corso degli anni abbiamo assistito alla produzione additiva e alla stampa 3D per creare sia prototipi che parti per una vasta gamma di attrezzature sportive, che vanno dai paradenti personalizzati ai caschi da calcio , ai dispositivi di protezione per hockey e altro ancora. Qui, gli autori stanno sperimentando il potenziale per l’utilizzo del poliuretano termoplastico (TPU) come materiale di stampa 3D, testando caratteristiche come resistenza alla trazione, assorbimento degli urti e compressibilità.

Sei diversi campioni sono stati stampati in 3D in una varietà di ambienti, utilizzando una stampante 3D Cubicon con spessori di 5 o 10 mm e riempimento del 10%, 50% e 100%. Il team di ricerca ha creato quattro copie di ciascuno dei sei campioni principali in modo da poter tentare quattro prove diverse, trovando deviazioni medie e standard.

Condizioni dettagliate di stampa 3D.

Variabili per campioni sperimentali e proprietà testate.

I ricercatori hanno analizzato le strutture utilizzando Solidworks 2016 , valutando sia le capacità di assorbimento degli urti che di compressione, con TPU che mostra:

Modulo elastico 2410 N / mm 2
Rapporto di Poisson 0,3897
Fattore di taglio 862.2 N / mm 2
“Un cerchio di 12,7 mm di diametro è stato disegnato al centro della superficie di ciascun modello per impostare l’area del carico verticale, per imitare i test effettivi”, hanno affermato i ricercatori. “Il carico su ciascun campione è stato impostato su 50 N, come nei test di assorbimento degli urti. Dopo aver impostato le condizioni di analisi, è stata creata una mesh dei dati di modellazione ed è stata eseguita la simulazione. “

I campioni non si sono “fratturati” a causa del loro materiale gommoso, piuttosto che delle fibre tessute più fragili:

“Poiché il tessuto TPU viene stampato direttamente (cioè non è fatto di fibre tessute), la resistenza alla trazione viene misurata in MPa e la proprietà è diversa dalle fibre generali. Un aumento della velocità di riempimento in TPU ha comportato un aumento dello stress, indipendentemente dallo spessore del campione. Ciò rende il rapporto di riempimento un fattore importante per determinare la resistenza alla trazione “, hanno spiegato i ricercatori.

Sono state rilevate “discrepanze” quando sono diminuite le percentuali di riempimento e campioni più sottili hanno mostrato un modulo iniziale inferiore. Al 100% di riempimento, i campioni di TPU erano circa 10 MPa quando allungati a 200 mm, mostrando una resistenza alla trazione inferiore rispetto ad altre materie plastiche. L’energia ha mostrato una diminuzione all’aumentare del riempimento, con campioni di riempimento al 100% che mostrano una migliore resistenza all’impatto.

“Tutti i campioni hanno assorbito un’energia totale di almeno 5 J. Pertanto, è stato confermato che il materiale TPU creato utilizzando la stampa 3D potrebbe essere utilizzato come dispositivo di protezione individuale”, hanno concluso i ricercatori. “Le analisi strutturali hanno mostrato che più sottile è il materiale, minore è la deformazione causata dall’impatto, indipendentemente dalle condizioni di riempimento. Inoltre, è stato confermato che è stata mostrata la stessa tendenza dei risultati sperimentali dei test di impatto reali. In futuro, ci si aspetta che gli esperimenti vengano eseguiti simulando le proprietà di nuovi materiali, nonché diversi spessori e condizioni di riempimento.

“Sebbene questo studio fosse limitato all’uso di TPU, ulteriori studi saranno condotti con l’aggiunta di materiali di nuova concezione per produrre un database continuamente sviluppato. Questo può essere applicato come base fondamentale per lo sviluppo di materiali protettivi. Potrebbero essere prodotti anche dispositivi di protezione reali per condurre prove di usura. “

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