3D TECH

Materiali in granuli: uno studio fa chiarezza – Parte 2

Nella prima parte di questo articolo, abbiamo esaminato come la stia rivoluzionando il settore della produzione e come l'uso di granuli di materiale termoplastico stia emergendo come una soluzione rivoluzionaria, offrendo vantaggi significativi come la personalizzazione delle mescole, il riciclo dei materiali e il risparmio economico. Vediamo ora, in maniera più approfondita, le differenze tra i materiali in filamento e quelli in granuli.

Stampa 3D:Materiali in pellets
Stampa 3D:Materiali in pellets

Uno studio ufficiale

Una nuova ricerca appena pubblicata nella rivista Additive Manufacturing e finanziata dall'Agenzia Spaziale Europea ha confrontato le parti stampate in 3D con granuli con quelle stampate con filamenti per resistenza e qualità complessiva.

“I risultati non hanno indicato differenze significative (> 0,05) nelle proprietà meccaniche tra parti stampate con estrusione di materiale a base di filamento (FME) e parti stampate con estrusione di materiale a base di granuli (GME) in termini di proprietà di trazione, resistenza a flessione e modulo, e resistenza all'impatto”, secondo Handai Liu, et al, autori di “Granule-based Material Extrusion is Comparable to Filament-based Material Extrusion in terms of Mechanical Performances of Printed PLA Parts: A Comprehensive Investigation” (L'estrusione di materiale a base di granuli è comparabile all'estrusione di materiale a base di filamento in termini di prestazioni meccaniche delle parti in PLA stampate: un'indagine completa).

Liu afferma che “studi precedenti hanno riportato risultati contrastanti, con alcuni che hanno riscontrato una performance meccanica inferiore delle parti stampate con GME rispetto alle controparti FME, mentre altri hanno riportato performance comparabili o leggermente migliori.” Tuttavia, questi studi erano “limitati alle valutazioni delle prestazioni di trazione o flessione” e “mancavano di una chiara spiegazione a supporto di essi”, afferma.

Adottando un approccio più esaustivo, i test di confronto di Liu hanno incluso test di trazione, test di impatto, test di flessione a 3 punti e test di durezza, per rivelare le proprietà meccaniche complete delle parti stampate. Inoltre, il suo team ha effettuato un'analisi delle parti con un microscopio elettronico a scansione (SEM), calorimetria differenziale a scansione (DSC), termografia, test reologici e cromatografia a permeazione di gel (GPC).

Il metodo di confronto

Lo studio ha utilizzato il filamento di acido polilattico (PLA) con un diametro di 1,75 mm di Real Filament di Wateringen, Paesi Bassi. Come materiale granulare, è stato utilizzato lo stesso filamento, ma tagliato in pezzi da 1 a 2,5 mm con delle forbici. La stampante utilizzata era una Creality Ender 3 Pro utilizzata fuori dalla scatola con il filamento, quindi modificata con una testa di estrusione di materiale granulare da Mahor e un motore passo-passo Nema 17 per guidare l'estrusore a vite singola.

La maggior parte dei parametri di stampa, ad eccezione della velocità di estrusione e della velocità di stampa, è stata impostata agli stessi valori per entrambi i metodi di stampa.

Le differenze

Il pellets migliorerà i processi di fabbricazione?
Il pellets migliorerà i processi di fabbricazione?

Sebbene le parti confrontate differissero molto poco in quasi tutti gli aspetti, ci sono stati alcuni punti in cui Liu ha trovato un contrasto.

Le masse molecolari medie dei campioni stampati con granuli erano superiori a quelle dei campioni con filamento, il che può essere attribuito alla temperatura effettiva più bassa della camera di estrusione dei granuli a causa della “sua posizione diversa tra il riscaldatore, il termistore e la camera di fusione rispetto alla testa di estrusione del filamento”, afferma lo studio.

Ecco perché i risultati per le proprietà meccaniche, come la resistenza a trazione, la resistenza a flessione e la resistenza all'urto, dei campioni con granuli erano leggermente superiori a quelli delle controparti con filamento. “Più alta è la massa molecolare, migliori sono le prestazioni in termini di trazione, flessione e resistenza all'impatto, poiché un grado maggiore di intreccio delle catene polimeriche nelle regioni amorfe del polimero comporta una maggiore resistenza al movimento”, spiega il rapporto.

Le stampe con granuli avevano un valore medio di durezza leggermente inferiore rispetto alle prove con filamento, il che può essere attribuito alle superfici più ruvide e alla densità leggermente più bassa, secondo il rapporto. I valori medi di Shore D erano di 81,44 per i granuli e di 82,28 per il filamento.

Conclusioni

Liu conclude che, con proprietà meccaniche comparabili, la stampa 3D con materiale granulare evita la necessità della fase di fabbricazione del filamento, risparmiando tempo e denaro.

Sebbene lo studio non abbia valutato la stampa con materiale riciclato o di scarto, si può dedurre che la stampa con granuli abbia le potenzialità di riciclare i rifiuti termoplastici e stampare direttamente materiali in forma granulare, con maggiori risparmi economici, un impatto ambientale ridotto e flussi di lavoro di stampa 3D più efficienti ed ottimizzati.

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