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I ricercatori della Virginia Tech stampano in 3D con poliimmide (Kapton) in stereolitografia

Al momento, tra i materiali più interessanti per il 3D printing di polimeri spiccano quelli della famiglia PAEK, così come i PEEK, PEKK o PEI (ULTEM), i quali possiedono una resistenza termica che si aggira intorno ai 400° e che possono essere stampati in 3D tramite sinterizzazione laser e/o estrusione del filamento. I ricercatori del Macromolecules Innovation Institute della Virginia Tech hanno ideato un metodo per utilizzare un processo di stereolitografia (a maschera di proiezione) per stampare in 3D con PMDA-ODA (Kapton), ovvero poliimmidi con una stabilità termica fino a 600° C.

Le poliimmidi termoplastiche ad alte prestazioni, aromatiche, insolubili come la dianidride piromellitica e la 4,4′-Ossidianilina (PMDA–ODA) (Kapton), vantano un’eccezionale stabilità termica (fino a ≈600 °C) ed eccellenti proprietà meccaniche come i moduli di Young che superano i 2 GPa.

Tuttavia, la resistenza termica di questi materiali, che deriva dalla struttura molecolare aromatica, non consente l’elaborazione attraverso le tecniche convenzionali. I primi documenti descrivono una tecnica di sinterizzazione ad energia intensiva quale alternativa all’elaborazione di poliimmidi con risoluzione limitata e fedeltà delle parti.

Questo studio ha dimostrato il 3D printing senza precedenti di PMDA–ODA tramite sterolitografia a maschera di proiezione, e la preparazione di strutture 3D ad alta risoluzione, senza sacrificare le proprietà del materiale massiccio. La sintesi di un polimero precursore solubile contenente gruppi acrilati foto-reticolabili consente la reticolazione chimica a induzione luminosa per il controllo spaziale allo stato gelatinoso.

L’esterno dell’edificio del Virginia Tech Research Center ad Arlington.

Il trattamento termico post-stampa trasforma i polimeri precursori reticolati in PMDA–ODA. Il restringimento dimensionale è isotropico e la fase di post-elaborazione preserva l’integrità geometrica. Inoltre, l’ampia area di stereolitografia con maschera di proiezione dimostra la scalabilità delle strutture 3D. Queste strutture 3D con le loro prestazioni elevate presentano un potenziale d’uso che va dal filtraggio delle acque alla separazione dei gas, passando per le tecnologie automobilistiche e aerospaziali.

Il Macromolecules Innovation Institute del Virginia Tech (MII) è un gruppo interdisciplinare che si dedica a portare avanti la crescita e la levatura della scienza macromolecolare già esistente e del programma ingegneristico della Virginia Tech.

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