Modifica delle materie plastiche per la stampa 3D

innovazione 3D

la tecnologia di stampa 3D è una tecnologia di elaborazione innovativa che si è sviluppata negli ultimi anni, in grado di trasformare modelli digitali in oggetti fisici, con ampie prospettive di applicazione. Attualmente, i materiali principalmente utilizzati nella tecnologia di stampa 3D sono materiali polimerici, facili da lavorare, ma le proprietà meccaniche dei prodotti sono scarse, rendendoli inadatti a settori con elevati requisiti di resistenza e rigidità (come l'industria automobilistica, i dispositivi medici e gli elettrodomestici).

tecnologia di stampa 3D

Attualmente, le tecnologie di stampa 3D adatte ai tecnopolimeri possono essere suddivise in quattro tipi: Fused Deposition Modeling (FDM), Stereolitografia (SLA), Sinterizzazione laser selettiva (SLS) e Laminated Object Manufacturing (LOM), tra le quali la FDM è la più utilizzata.

Introduzione alla tecnologia FDM

Il processo di stampaggio FDM si divide principalmente in due parti: processo di estrusione e processo di deposizione, ovvero i polimeri termoplastici vengono estrusi attraverso l'ugello sotto riscaldamento e pressione, mentre l'ugello si muove lungo la traiettoria impostata per impilare strati bidimensionali strato per strato. La tecnologia FDM, grazie ai suoi vantaggi quali il basso costo, la facilità di funzionamento, l'ampia gamma di materiali applicabili e l'elevato tasso di utilizzo dei materiali, ha ricevuto un'ampia attenzione, con ricerche che coprono vari campi come la medicina, l'aerospaziale e l'istruzione.

Sviluppo della tecnologia FDM

Con lo sviluppo e la diffusione della tecnologia di stampa 3D, la tecnologia FDM sarà inevitabilmente applicata in più campi. La tecnologia FDM non solo può adattarsi alle strutture e alle forme complesse degli aerei, migliorandone le prestazioni e la sicurezza, ma può anche abbreviare i tempi di produzione e ridurre i costi. Tuttavia, la tecnologia e le attrezzature FDM nazionali devono ancora migliorare la precisione, la stabilità e l'affidabilità della stampa per soddisfare gli elevati standard del settore aerospaziale.

Tecnologia di modifica delle plastiche ingegneristiche

I tecnopolimeri hanno proprietà eccellenti, ma esistono differenze significative tra le proprietà dei materiali dei tecnopolimeri e la tecnologia di lavorazione della stampa 3D, che comprendono principalmente i seguenti aspetti:

1. La scarsa fluidità del materiale provoca instabilità e discontinuità nel processo di stampa, incidendo sulla qualità della superficie e sulla precisione dimensionale dei prodotti.

2, La bassa temperatura di degradazione termica del materiale influisce sulle proprietà meccaniche e sulla durata del materiale alle alte temperature di stampa.

3, la bassa resistenza del materiale limita la capacità di carico e la resistenza agli urti dei prodotti, incidendo sulla loro sicurezza e affidabilità.

4. Il raffreddamento non uniforme del materiale provoca tensioni interne e deformazioni dei prodotti, compromettendo la stabilità geometrica e l'accuratezza dimensionale dei prodotti. Allo stesso tempo, i requisiti prestazionali dei tecnopolimeri sono spesso più elevati di quelli dei materiali plastici ordinari. Pertanto, per risolvere i problemi dei tecnopolimeri nella stampa 3D, è necessario modificarli per adattarli alle condizioni di lavorazione della stampa 3D e soddisfare i requisiti prestazionali dei prodotti.

Le comuni tecnologie di modifica dei tecnopolimeri includono principalmente i seguenti quattro tipi:

1, aggiunta di lubrificanti, cariche inorganiche, rivestimenti superficiali in polvere e altre sostanze per aumentare la fluidità e la lavorabilità dei tecnopolimeri.

2. Aggiunta di materiali di rinforzo come fibre di vetro, fibre metalliche e fibre di legno per migliorare la rigidità e la resistenza dei tecnopolimeri, rendendoli adatti a una maggiore modifica in condizioni di alta temperatura e alta pressione della stampa 3D.

3. Accelerare la velocità di solidificazione dei tecnopolimeri e ridurre le tensioni residue attraverso l'uso di agenti nucleanti e compositi con diverse capacità termiche per una rapida modifica della solidificazione.

4, dotare i materiali plastici di alcune funzioni speciali (come la conducibilità, la conducibilità termica, l'autoriparazione, la biocompatibilità, ecc.) per ampliare la gamma di applicazioni e il potenziale dei tecnopolimeri nel campo della produzione con stampa 3D.

In sintesi, la tecnologia di modifica dei tecnopolimeri può migliorare le prestazioni dei tecnopolimeri, ampliare la loro applicazione, fornire più scelte e innovazioni per la stampa 3D e ampliare ulteriormente il potenziale applicativo della stampa 3D in più campi.

Modifiche comuni dei tecnopolimeri per la stampa 3D

Modifica dell'ABS

L'ABS è un materiale polimerico termoplastico comunemente utilizzato, con vantaggi quali l'elevata resistenza, la buona tenacità e la facilità di lavorazione. Per migliorare ulteriormente le prestazioni dell'ABS, spesso è necessario modificarlo.

La fibra di vetro è un materiale di rinforzo comunemente utilizzato che può migliorare la resistenza, la durezza e la durata dell'ABS. Nell'applicazione della stampa 3D di componenti automobilistici, i materiali compositi ABS rinforzati con fibra di vetro mostrano prestazioni eccellenti, producendo parti più robuste e durevoli.

L'organomontmorillonite (OMMT) è un efficace modificatore dell'ABS che può migliorare significativamente le proprietà meccaniche e termiche del materiale. I nanocompositi ABS/OMMT preparati con OMMT presentano un modulo di trazione, una resistenza alla flessione, un modulo di flessione e un modulo di accumulo di energia più elevati, mentre l'espansione termica lineare e la perdita di peso termico sono significativamente ridotti.

La plastica ABS non solo ha una buona resistenza alla deformazione e alla corrosione, ma ha anche un'elevata resistenza al calore. Tuttavia, durante i processi di stampa ad alta temperatura, può verificarsi un fenomeno di riduzione della fluidità, con conseguente scarsa qualità dei pezzi stampati. Materiali come il talco e la mica hanno un'elevata fluidità e, se utilizzati come additivi per modificare l'ABS, possono ridurre efficacemente la sua viscosità di fusione e lo stress termico, migliorando le sue proprietà reologiche e migliorando così la fluidità durante il processo di stampa e la qualità dei pezzi stampati. Inoltre, il talco e la mica possono aumentare ulteriormente la rigidità e la resistenza al calore dell'ABS, migliorandone la stabilità in ambienti ad alta temperatura.

Attualmente, un'azienda cinese ha sviluppato materiali compositi ABS/nano-TiO2. Dopo la stampa 3D, questo materiale composito non solo mantiene la stabilità dei principali parametri prestazionali dell'ABS, ma aumenta anche le proprietà meccaniche dell'ABS, mostrando una migliore resistenza e tenacità.

Le modifiche di cui sopra aprono prospettive più ampie per l'applicazione dell'ABS e offrono scelte di materiali più eccellenti per la stampa 3D in diversi campi.

Modifica PA

La poliammide (PA) è un tecnopolimero ad alte prestazioni ampiamente utilizzato nella vita quotidiana grazie ai suoi vantaggi quali l'elevata resistenza, la buona flessibilità, l'alta temperatura di deformazione termica e il basso ritiro. Rispetto all'ABS, il PA ha una migliore tenacità e una maggiore resistenza agli urti e la sua applicazione nella stampa 3D è sempre più apprezzata.

Inoltre, attraverso la modifica, le proprietà meccaniche del PA possono essere migliorate, ampliando ulteriormente il suo campo di applicazione. Zhang Zhengyi et al. hanno preparato materiali in polvere compositi PA12/MWCNTs utilizzando metodi di macinazione a taglio in fase solida, ottenendo una resistenza alla trazione e una resistenza all'impatto intaglio significativamente migliorate.

Modifica del PEEK

Il polietereterchetone (PEEK) è un materiale polimerico ad alte prestazioni con eccellenti proprietà fisiche e chimiche, quali resistenza alle alte temperature, resistenza all'usura, stabilità dimensionale, isolamento elettrico e biocompatibilità. Ha un enorme potenziale e valore di ricerca nella tecnologia di stampa 3D, soprattutto nei settori di fascia alta come quello aerospaziale, automobilistico e medico.

Il materiale PEEK può essere utilizzato per produrre componenti strutturali e funzionali complessi. Con il continuo progresso e l'innovazione della tecnologia di stampa 3D, l'applicazione del materiale PEEK nella stampa 3D ha mostrato tendenze di sviluppo diversificate e ampie. L'Agenzia Spaziale Europea ha utilizzato il materiale PEEK per stampare in 3D componenti di piccoli satelliti.

Sebbene il PEEK abbia eccellenti proprietà fisiche e chimiche, il suo elevato punto di fusione e la sua viscosità lo rendono difficile da stampare con le stampanti 3D tradizionali. Su questa base, Dai Jing ha proposto un nuovo metodo di stampa 3D, che accelera il processo di fusione dei tecnopolimeri aumentando il coefficiente di temperatura positivo e le lampade a radiazione termica e ottimizzando i parametri di stampa. I risultati hanno dimostrato che il nuovo metodo è in grado di stampare il materiale PEEK e che la velocità di avanzamento influisce significativamente sul tasso di riempimento del prodotto. Questa ricerca fornisce una soluzione fattibile per l'uso di speciali tecnopolimeri nella tecnologia di stampa 3D, promuovendo una più ampia applicazione dei tecnopolimeri nel campo della stampa 3D.

Conclusioni

La ricerca e lo sviluppo della tecnologia di modifica delle plastiche per la stampa 3D sono di grande importanza. Migliorando le proprietà meccaniche, la resistenza al calore, la resistenza alla corrosione e la conduttività dei materiali, è possibile ampliare l'applicazione della tecnologia di stampa 3D in vari campi e migliorare la funzionalità e la qualità dei prodotti stampati in 3D. Tuttavia, esistono ancora alcuni problemi e sfide nella tecnologia di modifica delle plastiche per la stampa 3D, come effetti di modifica instabili, meccanismi di modifica poco chiari e costi di modifica elevati, che richiedono ulteriori ricerche ed esplorazioni.