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3Dfy punta alla stampa 3D di polimeri rinforzati con fibre continue

Dopo una prima fase (2019-2021) è proseguita presso l'Istituto di Ricerca Tecnologica Fondamentale, in Polonia

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Il progetto 3Dfy propone un metodo innovativo per affrontare il problema basato sul nastro termoplastico preimpregnato UD come materia prima per il processo di stampa 3D composito. Il vantaggio competitivo del metodo proposto risiede a livello di minori costi e maggiore qualità-prestazioni della materia prima, nonché di grande varietà di materiale e open source per l’utente finale.

La questione della stampa 3D in polimero continuo rinforzato con fibre rimane una sfida tecnologica. Esiste un panorama altamente competitivo che include attori di tutti i segmenti della catena di sviluppo, dalle università ai centri di ricerca (ad es. DLR, NLR, ESA, JAXA, ORNL, Fraunhofer Institute, ecc.) e all’industria. Questi comprendono sia le start-up innovative nel settore della tecnologia profonda delle PMI (ad es. Markforged, Anisoprint, 9T Labs, Arevo Labs, APS tech solutions, Continuous Composites, ecc.) sia le grandi aziende (ad es. Boeing, Airbus, Ingersoll, CEAD, ecc.).

Il progetto 3Dfy ha avuto una fase iniziale di RDI 2019-2021 presso l’Università di Girona, in Spagna, nell’ambito del programma TECNIOspring+ del cofinanziamento MSCA dell’UE dell’Agenzia catalana per la competitività aziendale ACCIÓ, ed è attualmente in corso presso l’Istituto di ricerca tecnologica fondamentale , Polonia, nell’ambito del programma PASIFIC dell’UE MSCA 2022-2024 dell’Accademia delle scienze polacca.

Nel progetto originale, è stata proposta una nuova tecnologia di stampa 3D per la fabbricazione di filamenti fusi per polimeri termoplastici ad alte prestazioni rinforzati con fibre continue (ad es. PEI, PES, PEEK, PEKK). La novità risiedeva nel fatto che i nastri compositi pre-impregnati disponibili dal processo di produzione industriale dei compositi con posizionamento automatico delle fibre vengono utilizzati come materia prima (invece dei filamenti pre-impregnati).

I principali casi d’uso includevano applicazioni leggere e ad alte prestazioni termomeccaniche (rigidità, resistenza, tenacità alla frattura, temperatura, umidità, radiazioni, resistenza agli agenti chimici) operanti in condizioni di carico e ambientali gravose, per settori come quello aerospaziale, automobilistico, biomeccanico (ad es. , strumenti/attrezzature, prototipi funzionali, staffe complesse, involucri e pannelli, parti di motori caldi, corpi di condotti e connettori intricati, CubeSat, corpi di UAV/droni, pale di turbine eoliche su piccola scala, parti robotiche, articoli sportivi e impianti protesici).

Siamo molto lieti di annunciare che l’elenco dei vincitori della prima edizione del concorso PASIFIC Postdoctoral Fellowship Program (programma di borse di studio dell’Accademia delle scienze polacca) include il Dr. Adi Adumitroaie, che realizzerà il progetto: “Stampa 3D di alte prestazioni Compositi polimerici (3Dfy)”.

Il progetto 3Dfy propone un metodo innovativo per affrontare il problema basato sul nastro termoplastico preimpregnato UD come materia prima per il processo di stampa 3D composito

Nella prima edizione del PASIFIC Postdoctoral Fellowship Program, sono state presentate 348 domande di scienziati provenienti da 60 paesi e sono stati selezionati 35 vincitori da 15 paesi per condurre la loro ricerca presso l’Accademia delle scienze polacca. I loro progetti coprono 17 discipline di tutti e tre i panel: scienze fisiche e ingegneria (15 borse di studio), scienze della vita (10) e scienze sociali e umanistiche (10).

Il nuovo progetto “Stampa 3D di compositi polimerici ad alte prestazioni (3Dfy)”, condotto dal Dr. Adi Adumitroaie, mira a sviluppare e dimostrare un metodo di elaborazione della stampa 3D innovativo per i materiali compositi ad alte prestazioni target e le loro applicazioni. Il progetto prende in considerazione diversi aspetti come il rinforzo in fibra continua (es. carbonio, vetro) che fornisce intrinsecamente prestazioni meccaniche superiori (es. rigidità, resistenza) al composito; e la matrice termoplastica ad alte prestazioni (ad esempio, PEEK, PEKK, PEI, PPS) con prestazioni termomeccaniche superiori (ad esempio, termiche, chimiche, radiazioni, ambientali, abrasione, resistenza, tenacità alla frattura) per il composito stampato in 3D.

L’aspetto di innovazione si riferisce a un nuovo tipo di testa di estrusione in grado di elaborare un nuovo tipo di materia prima rispetto allo stato dell’arte attuale che affronta lo stesso problema, e al nuovo metodo e tecnologia di stampa 3D compositi. I nastri compositi pre-impregnati disponibili sul mercato con sezioni trasversali rettangolari vengono utilizzati come materia prima al posto dei filamenti pre-impregnati interni e proprietari con una sezione trasversale circolare (come attualmente fanno altri attori nello stesso segmento di mercato).

Il progetto affronta gli aspetti accoppiati di (a) materiali di alimentazione multifase (matrice polimerica e fibre di rinforzo) per la stampante 3D composita; (b) tecnologia di elaborazione della stampa 3D composita per le materie prime; (c) le prestazioni dei materiali compositi stampati in 3D in uscita. Il progetto copre quindi aspetti multidisciplinari, multifisici e multiscala tra cui scienza e tecnologia dei materiali (fibre di rinforzo e costituenti della matrice polimerica, loro compatibilità, formulazione della matrice polimerica, additivi e modificatori necessari in base al metodo di lavorazione); sviluppo delle materie prime; tecnologia di processo; sviluppo del prodotto (testa di estrusione 3DP composita); produzione digitale, automazione e controllo; progettazione, analisi e prove fisiche di materiali compositi; modellazione e simulazione virtuale; validazione del processo e del prodotto.

Il progetto si basa sulla precedente RDI del PI Dr. Adi Adumitroaie e mira a continuare la RDI iniziale, aumentando il TRL e facendo avanzare la tecnologia sul mercato.

 

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Research 2022
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Andrea Gambini

Mi piace leggere e scrivere da sempre. Ho iniziato a lavorare in redazione come giornalista sportivo nel 2008, poi la passione per il giornalismo e per il mondo della comunicazione in generale, mi ha permesso di ampliare notevolmente i miei interessi, arrivando negli anni a collaborare con le più svariate testate giornalistiche online. Mi sono poi avvicinato alla stampa 3D, colpito dalle grandissime potenzialità di questa nuova tecnologia, che giorno dopo giorno mi hanno spinto a informarmi sempre più su quella che considero una vera rivoluzione che si farà presto sentire in tantissimi campi della nostra vita quotidiana.

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