Verso una migliore comprensione del processo di modellazione della deposizione fusa: confronto con lo stampaggio a iniezione

Confronto tra campioni di stampa 3D  desktop e stampaggio a iniezione di PLA

I confronti vengono costantemente effettuati tra la stampa 3D e lo stampaggio a iniezione. I produttori di stampanti 3D e materiali di stampa 3D si sforzano di ottenere la finitura e i dettagli per cui è noto lo stampaggio a iniezione, godendo allo stesso tempo della velocità e dei vantaggi economici della stampa 3D. In uno studio dal titolo ” Verso una migliore comprensione del processo di modellazione della deposizione fusa: confronto con lo stampaggio a iniezione ” , un gruppo di ricercatori lavora per ottimizzare i parametri di processo delle parti stampate in 3D, confrontandole con campioni realizzati con stampaggio a iniezione.

Il lavoro si concentra sul miglioramento delle proprietà meccaniche di trazione dei campioni stampati in 3D e sullo studio dell’impatto del processo sulle proprietà reologiche e termiche. In particolare, i ricercatori indirizzano l’attenzione sull’ordine di stampa di campioni tridimensionali, stampati in lotti o singolarmente.

I ricercatori hanno utilizzato il PLA sia per i campioni stampati in 3D che per quelli stampati ad iniezione. L’analisi termogravimetrica (TGA) è stata eseguita sui campioni, così come l’analisi calorimetrica. Sono stati creati due set di campioni per il confronto, con i campioni stampati in 3D stampati su una stampante 3D Ultimaker 2.

“L’influenza dell’angolo raster (la direzione del raster rispetto alla direzione della sollecitazione di carico), l’orientamento di build (orizzontale o verticale) e l’ordine di stampa sulle proprietà meccaniche del PLA sono stati studiati”, affermano i ricercatori. “Le parti FDM di default in Ultimaker2 sono state realizzate con un reticolo incrociato in cui l’orientamento delle perline si è alternato da + 45 ° a -45 ° da strato a strato. Poiché il software FDM è impostato su questo raster, questo orientamento può essere considerato un orientamento [0 ° / 90 °] se la parte è stata ruotata di 45 °. ”
I campioni Dumbell sono stati stampati con tre diversi orientamenti. I campioni X sono stati costruiti orizzontalmente con un orientamento raster di 45 ° / + 45 °, i campioni n. Sono stati costruiti orizzontalmente con un orientamento raster di 0 ° / + 90 ° e i campioni H sono stati realizzati verticalmente con un orientamento raster di 0 ° / + 90 °. Il primo set di campioni, composto da 15 stampe, è stato prodotto contemporaneamente, mentre il secondo set è stato prodotto uno ad uno. Sono state quindi effettuate misurazioni reologiche e prove di trazione.

Prima di eseguire i test meccanici, i campioni sono stati pesati.

“C’erano tre diversi valori di peso; i campioni prodotti mediante stampaggio a iniezione hanno dimostrato un peso maggiore rispetto ai campioni fatti con FDM (1,5 g), “i ricercatori continuano. “I campioni FDM stampati simultaneamente hanno dimostrato il valore di peso più basso (1.41 e 1.38 g) ei campioni FDM stampati individualmente hanno dimostrato un valore di peso moderato (1,44 e 1,42 g). Questa differenza di peso tra i campioni 3D può essere spiegata dalla diffusione intermolecolare all’interfaccia degli strati dei filamenti. ”
Poiché il peso dei campioni variava, anche le proprietà meccaniche erano influenzate.

“Si può notare che i campioni stampati ad iniezione hanno il modulo di trazione più alto (1580 MPa), con una grande deviazione standard (± 130) a causa della degradazione termica eterogenea tra i diversi campioni”, aggiungono i ricercatori. “I campioni stampati simultaneamente raggiungono un massimo di 1110 MPa per # -PLA, mentre per X-PLA è stato registrato un minimo di 984 MPa. Ciò può essere correlato al fatto che per campioni stampati ad angoli raster di 0 ° / 90 °, i filamenti erano orientati parallelamente alla direzione di carico, producendo i campioni più forti. Nei campioni stampati a -45 ° / + 45 °, c’era un angolo finito tra gli elementi microstrutturali stampati e la direzione del carico. ”
Il PLA ha una bassa stabilità termica, quindi durante lo stampaggio a iniezione, i campioni sono stati soggetti a un notevole degrado termico. I campioni stampati in 3D non hanno subito lo stesso destino a causa del breve tempo in cui il filamento si trovava nell’ugello. I ricercatori hanno scoperto che i campioni stampati in 3D individualmente presentavano proprietà meccaniche migliori rispetto a quelli stampati in 3D simultaneamente.

“Allo stesso tempo, i campioni con un angolo raster di 0 ° / 90 ° hanno dimostrato proprietà migliori rispetto ai campioni prodotti con un angolo raster di -45 ° / + 45 °”, concludono i ricercatori. “I campioni stampati in verticale con un angolo raster di 0 ° / 90 ° dimostrano risultati interessanti, ma questi campioni necessitano di un supporto durante la produzione e richiedono quindi post-elaborazione a causa della bava generata”.
Gli autori del documento includono Haroutioun Askanian, Daniel Muranaka de Lima, Sophie Commereuc e Vincent Verney.

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