Una coppia di ricercatori stampa in 3d resistori utilizzando un filamento a base di carbonio nero e grafene a conduzione elettrica.

In un documento intitolato ” Caratterizzazione di resistori creati dalla fabbricazione di filamenti fusi usando un filamento elettricamente conduttivo “, una coppia di ricercatori  stampa in 3d i resistori utilizzando un filamento a base di carbonio nero e grafene a conduzione elettrica.

L’utilizzo di un filamento conduttivo biodegradabile ai circuiti di stampa 3D offre vantaggi ambientali e la tecnologia di stampa 3D consente una maggiore libertà di progettazione, consentendo ai produttori di integrare meglio i componenti elettrici all’interno degli oggetti. I ricercatori hanno utilizzato una stampante 3D sperimentale MakerBot Replicator 2X, che ha due estrusori, per il loro lavoro. È stata creata una stampa di prova e quindi sono state apportate due modifiche alla stampante 3D: un aggiornamento del blocco dell’estrusore, che ha contribuito a migliorare la coerenza delle stampe grazie alla riduzione dello slittamento del pignone del motore passo-passo; e l’attacco di due ventole di raffreddamento supplementari, una per ciascun estrusore.I ricercatori hanno quindi progettato un resistore a forma di cubo utilizzando il software CAD di Autodesk Inventor. Due piazzole di contatto per elettrodi sono state poste a ciascuna estremità.

“Per integrare circuiti stampati 3D con componenti esterni come i LED, è necessario fornire un punto di contatto adeguato”, spiegano i ricercatori. “Il punto di contatto stampato in 3D dovrebbe fornire una rigidità sufficiente per proteggere i componenti esterni riducendo al minimo la resistenza dei contatti. A causa della proprietà resistiva del filamento conduttivo, la resistenza di contatto svolge un ruolo significativo nel determinare la resistenza del volume finale del campione di prova. È per questi motivi che i pad di contatto vengono aggiunti al campione di prova. ”
Ogni piazzola di contatto è un cilindro di 5 mm di diametro. La superficie superiore è coperta con vernice conduttiva argento per ridurre al minimo la resistenza di contatto. Ciò fornisce un’area resistiva uniforme durante l’esecuzione di misure di resistenza.

È stato quindi creato un banco di prova con sei resistori per caratterizzare la variazione di resistenza del volume del PLA conduttivo lungo l’asse X, e un altro banco di prova con cinque resistori è stato creato per caratterizzare il cambiamento di resistenza del PLA lungo l’asse Y. Sono stati creati due banchi di prova per caratterizzare il cambiamento di resistenza lungo l’asse Z.

La resistività dei resistori stampati in 3D variava a seconda del loro orientamento di costruzione e dei parametri del processo di stampa 3D.

“Le espansioni dei resistori nell’asse  x hanno  comportato un aumento della resistività, ma questo aumento non era lineare”, concludono i ricercatori. Per le  espansioni dell’asse z , l’aumento di resistività era per lo più lineare. Il grafico di resistività rispetto alla lunghezza per l’espansione dell’asse y ha mostrato un valore minimo nel mezzo dell’intervallo di test. ”
Il documento offre diverse linee guida e raccomandazioni per la progettazione e la stampa 3D di resistori elettrici. Sebbene i ricercatori abbiano utilizzato un design semplice per il loro studio, la stampa 3D consente di creare disegni molto più complessi da materiali conduttivi e incorporati in oggetti elettrici. Poiché i materiali conduttivi per la stampa 3D iniziano a essere più facilmente disponibili, la varietà di oggetti elettrici stampati in 3D dovrebbe espandersi, aprendo nuove applicazioni in una vasta gamma di settori.

Gli autori del documento includono Nebojsa I. Jaksic e Pratik D. Desai.

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