Stampa 3D di PLA nanocompositi di argilla: influenza della temperatura di stampa sulle proprietà dei campioni stampati

In un documento intitolato ” Stampa 3D di PLA / nanocompositi di argilla: influenza della temperatura di stampa sulle proprietà dei campioni stampati “, un gruppo di ricercatori studia la possibilità di utilizzare un PLA stratificato rinforzato con silicato nelle applicazioni di stampa 3D. In particolare, esaminano l’influenza della temperatura di stampa nei nanocompositi di argilla di stampa 3D / PLA.

“Per questo motivo, due gradi di PLA (4032D e 2003D,  D -isomero contenuto 1,5 e 4, rispettivamente) sono stati composti da un estrusore bivite con un silicato a strati (Cloisite 30B) al 4% in peso”, spiegano i ricercatori. “Poi, PLA e PLA / filamenti di materie prime di argilla (diametro 1,75 mm) sono stati prodotti utilizzando un estrusore a vite singola.”
I ricercatori hanno stampato campioni 3D a forma di osso di cane e prismatici utilizzando la stampa 3D FDM a tre diverse temperature, che sono stati progressivamente aumentati dalla temperatura di fusione (185-200-215 ° C per PLA 4032D e 165-180-195 ° C per PLA 2003d). I campioni di PLA e PLA / argilla sono stati caratterizzati mediante analisi meccanica dinamica (TMA) analisi termogravimetrica (DMA), calorimetria a scansione differenziale (DSC) e test di trazione.

La morfologia dei campioni stampati in 3D è stata anche studiata utilizzando la microscopia ottica e le misure dell’angolo di contatto. Il DMA sui filamenti di PLA / argilla ha mostrato un aumento del modulo di stoccaggio sia a temperatura ambiente che al di sopra delle temperature di transizione vetrosa rispetto ai normali filamenti di PLA. La presenza di nanoclay ha anche aumentato la stabilità termica, dimostrata dalla TGA, e ha funzionato come agente nucleante, che è stato osservato dalle misurazioni DSC.

“Infine, per i campioni stampati in 3D, quando si aumentava la temperatura di stampa, si osservava un comportamento diverso per i due tipi di PLA e i loro nanocompositi”, affermano i ricercatori. “In particolare, i campioni di nanocompositi stampati in 3D hanno mostrato un modulo elastico più alto rispetto ai campioni di PLA puro, ma per PLA 4032D + C30B, il modulo elastico è aumentato all’aumentare della temperatura di stampa mentre per PLA 2003D + C30B leggermente diminuito. Tale comportamento diverso può essere spiegato considerando la diversa struttura macromolecolare del polimero e la diversa morfologia dei nanocompositi (esfoliata in matrice PLA 4032D e intercalata in matrice PLA 2003D). ”
Uno dei motivi per cui i ricercatori sostengono di aver condotto lo studio è che il PLA, sebbene sia un materiale di stampa 3D popolare, presenta diversi problemi tra cui bassa stabilità termica, capacità di cristallizzazione e drawability. Una possibilità per superare questi inconvenienti è rinforzare il PLA con nanofiller come silicati stratificati, nanotubi di carbonio e così via. L’uso del filler su scala nanometrica consente di migliorare sia le proprietà dei materiali che la lavorabilità. Pochi studi scientifici hanno tuttavia esaminato la stampabilità dei nanocompositi PLA / argilla.

Oltre all’aumento del modulo elastico con l’aumento della temperatura di stampa, i ricercatori hanno scoperto che le proprietà dei campioni stampati in 3D erano fortemente influenzate dalle diverse matrici polimeriche e dalle risultanti morfologie dei nanocompositi. La diversa architettura macromolecolare delle due matrici influenzava la capacità del polimero di orientarsi o meno. Anche la temperatura di stampa ha avuto un effetto sulla trasparenza del campione stampato in 3D: maggiore è la temperatura di stampa, maggiore è la trasparenza.

“Questo studio ha dimostrato che la temperatura di stampa dovrebbe essere scelta considerando non solo la temperatura di fusione, ma anche l’architettura del polimero e / o la morfologia dei nanocompositi nel caso di sistemi nanocompositi”, concludono i ricercatori. “Pertanto, si potrebbero trovare potenziali applicazioni sia considerando il miglioramento delle proprietà meccaniche, se si utilizza la temperatura corretta, sia le proprietà fisiche / estetiche come il diverso grado di trasparenza.”
Tra gli autori del paper ci sono Bartolomeo Coppola, Nicola Cappetti, Luciano Di Maio, Paola Scarfato e Loredana Incarnato.

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