Post-lavorazione di stampaggio a caldo

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Sebbene il classico processo di stampaggio a deposizione fusa (FDM) presenti vantaggi intrinseci nella produzione di parti strutturali complesse, i componenti fabbricati utilizzando questa tecnologia hanno ancora problemi di resistenza insufficiente e bassa resistenza al calore.

Per aumentare la resistenza del prodotto, l'uso di materiali rinforzati con fibre leggere e ad alta resistenza è un metodo molto efficace. Alcuni ricercatori hanno mescolato fibre sminuzzate in materiali resinosi e hanno lavorato fili rinforzati con fibre per FDM. Sebbene il tipico processo FDM ereditato da tali fili rinforzati con fibre spezzettate abbia il vantaggio di formare componenti geomorfici complessi, il miglioramento della resistenza del prodotto non è molto evidente e non è in grado di soddisfare i requisiti di elevata resistenza che ci aspettavamo . Rispetto ai materiali rinforzati con fibre tritate, i materiali rinforzati con fibre continue possono aumentare notevolmente la resistenza del prodotto, ma a causa della limitazione continua della fibra, il metodo di stampaggio non ha la capacità di formare parti strutturali complesse.

Per risolvere il problema sopra menzionato dello stampaggio continuo rinforzato con fibre, i ricercatori MY e YK del liceo giapponese si sono specializzati nella progettazione e produzione di un nuovo tipo di ugello di estrusione (Figura 1).

A differenza delle apparecchiature convenzionali rinforzate con fibra continua, l'ugello utilizza due dispositivi di alimentazione per controllare l'alimentazione del filo termoplastico rinforzato con fibra di carbonio continuo e del filo di resina aggiuntivo. Il filo termoplastico rinforzato con fibra continua da loro utilizzato è un filo in fibra di carbonio avvolto in PA6 con un diametro di 0.3 mm, in cui il contenuto di volume di fibra di carbonio Vf è controllato al 50% e il materiale in resina aggiuntivo è nylon 645. Il singolo la sezione trasversale dello strato stampata dall'ugello è mostrata in Fig. 2. La parte inferiore del singolo strato è un materiale termoplastico rinforzato con fibre continue e la parte superiore è un materiale di resina aggiuntivo. Come si può vedere dalla figura, il materiale in resina aggiuntivo può compensare il rinforzo in fibra. La gola del materiale riduce la generazione di vuoti durante la stampa.

Inoltre, MY e YK hanno utilizzato l'attrezzatura da loro sviluppata per preparare provini di trazione e sottoposti a prove di trazione meccanica. I risultati del test hanno mostrato che il modulo elastico E dei campioni ha raggiunto 53 Gpa, il rapporto di Poisson γ 0.39 e la resistenza alla trazione σb 701 MPa.

Secondo le osservazioni di MY e YK, hanno ipotizzato che l'esistenza di pori interni nel singolo strato del pezzo stampato avesse un effetto molto significativo sulle proprietà meccaniche del prodotto, e si presumeva che successivamente determinassero il processo di trattamento termico secondo la natura del materiale per riscaldare il campione. E pressatura a caldo per eliminare la porosità interna. I risultati hanno mostrato che il trattamento termico non ha migliorato significativamente la resistenza alla trazione del campione (20%), ma il campione dopo la pressatura a caldo è stato raddoppiato in modulo elastico e resistenza alla trazione rispetto al campione non trattato. I ricercatori ritengono che il processo di pressatura a caldo elimini i pori nel monostrato e determini un aumento così significativo delle proprietà meccaniche del prodotto.

Riferimenti: Yamawaki, M., &Kouno, Y. (2018). Fabbricazione e caratterizzazione meccanica di materiale termoplastico continuo rinforzato con fibra di carbonio utilizzando una preforma mediante stampa tridimensionale e tramite stampaggio a caldo. Materiali compositi avanzati, 27(2), 209-219. doi: 10.1080/09243046.2017.1368840

Link a questo articolo： Stampaggio a caldo post-trattamento Stampa 3D continua termoplastica rinforzata con fibra di carbonio

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