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Oct 19, 2023

Paradigma

3/10/2023 Debra Levey Larson A new piece of equipment was recently installed

10/03/2023

Debra Levey Larson

Una nuova attrezzatura è stata recentemente installata presso l'Università dell'Illinois Urbana-Champaign, portando nel campus la più recente tecnologia nella produzione additiva. A differenza della più nota produzione additiva di plastica o metallo, questa macchina può stampare compositi strutturali grandi e leggeri come quelli utilizzati nelle strutture aerospaziali. È la prima stampante 3D a fibra continua di Continuous Composites ad essere installata all’esterno dell’azienda e nel mondo accademico.

Secondo il fondatore e professore di ingegneria Jeff Baur, "Si tratta di una tecnologia dei compositi che cambia il paradigma perché consente di creare strutture con forme complesse che hanno proprietà meccaniche che si avvicinano a quelle dei compositi aerospaziali tradizionali. Attualmente, i compositi ad alte prestazioni vengono realizzati mediante posa di resina tessuto o fibre imbottiti a mano e cuocendoli a lungo in una pentola a pressione chiamata autoclave. Ora, stendiamo le fibre con il robot, le polimerizziamo a scatto e poi le polimerizziamo in un forno in una frazione del tempo Grazie alla resistenza delle fibre continue, riteniamo di avere attualmente il composito stampato additivo più resistente al mondo, ma c'è ancora molto lavoro tecnico da fare."

La stampante CF3D viene fornita con una partnership industriale/accademica unica tra UIUC e Continuous Composites, Inc. Baur ha affermato che l'accordo con Continuous Composites fornirà alcune forniture, supporto tecnico e aggiornamenti hardware al suo laboratorio. In cambio, ha affermato: "Forniremo all'azienda un feedback gratuito e aperto sulle nostre esperienze con l'attrezzatura in modo che possano apportare miglioramenti per i loro futuri clienti".

Dopo oltre 25 anni nell'Aeronautica Militare, Baur è entrato a far parte della facoltà lo scorso anno per dirigere il laboratorio di lavorazione dei compositi e produzione additiva presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale. Fa anche parte dell'Autonomous Materials Systems Group presso il Beckman Institute.

"Ho visto questa tecnologia arrivare quattro o cinque anni fa. Sapevo a che punto eravamo in termini di additivi per polimeri ed era chiaro per me che non avremmo mai ottenuto le proprietà meccaniche di cui avevamo bisogno per avere successo a meno che non avessimo adottato metodi molto lunghi o continui. fibra", ha detto.

Sia la rivista Baur che quella Composite World hanno intervistato le aziende di produzione additiva che utilizzano fibra di carbonio continua e sono giunte alla stessa conclusione. "Per i compositi termoindurenti come quelli utilizzati nella maggior parte delle applicazioni aerospaziali, Continuous Composites era in vantaggio rispetto a tutti gli altri." A differenza dei compositi termoplastici che richiedono temperature e pressioni elevate per consolidarsi, i compositi termoindurenti vengono legati insieme mediante reazioni chimiche. Ciò non solo fornisce una ricca gamma di opzioni e proprietà chimiche, ma utilizza anche meno energia e consente una produzione più sostenibile nella “culla” o all’inizio della vita utile della struttura aerospaziale. Naturalmente, l’impatto maggiore dei materiali compositi nella sostenibilità è quello di rendere i veicoli più leggeri, il che si traduce in un minore utilizzo di energia e minori emissioni per tutta la vita del veicolo”.

Baur ha descritto un esempio di come questa nuova tecnologia possa affrontare la sostenibilità anche nella "tomba" o alla fine della vita utile di un componente. A causa della durabilità della maggior parte dei compositi termoindurenti, è difficile recuperare la fibra costosa dalla matrice di resina e quindi riciclarla o riutilizzarla. Le grandi strutture composite come le pale delle turbine eoliche, ad esempio, hanno una durata di vita di 30 anni e poi vengono sepolte nelle discariche. "Attraverso un centro recentemente finanziato dal Dipartimento dell'Energia, chiamato RE-MAT e diretto dall'UIUC attraverso il Beckman Institute, i ricercatori stanno progettando molecole di resina che, nelle giuste condizioni, possono aprirsi per rendere le fibre recuperabili, la resina riciclabile, ed entrambi riutilizzabili.Il composito stampato additivo può accelerare la valutazione e lo sviluppo di questi nuovi materiali e consentire un’economia circolare per i compositi termoindurenti.

Oltre al taglio cerimoniale del nastro, Baur ha coordinato un simposio per riunire i leader tecnici di UIUC, Continuous Composites, Air Force Research Lab, Arkema, Hexcel, Siemens e Comeau.