Investigadores españoles han desarrollado mezclas de polímeros que mejoran la unión entre capas para impresiones 3D FFF / FDM. Al mezclar TPU y ABS en varias proporciones, se ha informado que han creado nuevos materiales con » la aparición de nuevas interacciones supramoleculares a través de enlaces de hidrógeno «. En efecto, las mezclas tienen una unión entre capas mucho mejor sin mostrar pérdida en el límite elástico. El material de mezcla podría servir como una buena alternativa termoplástica para los polímeros convencionales, proporcionando una mejor resistencia al operar con menores requisitos de calentamiento para el lecho y la boquilla.
Si bien FFF / FDM han recorrido un largo camino, todavía existen algunos inconvenientes. En comparación con un método como el moldeo por inyección, las propiedades mecánicas pueden ser un 50% más bajas para las piezas impresas. El ABS puro, por ejemplo, disminuye el límite elástico a la tracción de 49,94 a 27,59 MPa después de la impresión. Las impresiones complejas pueden sufrir debido a la falta de distribución homogénea del material y la presencia de espacios de aire entre las capas. Esto hace que los objetos impresos sean más frágiles y provoca que sufran una alta anisotropía.
Los investigadores postularon que las mezclas de elastómeros termoplásticos (TPE) eran una buena solución a este problema. Afirman que dichos materiales compuestos tienen buenas propiedades adhesivas y algunos también pueden procesarse sin un lecho calentado. Por lo tanto, su investigación se basó en la idea de mezclar ABS, uno de los termoplásticos impresos más comunes, con TPU. También señalan que las propiedades adhesivas eran mejores en la mezcla, al tiempo que mantenían las propiedades mecánicas deseables.
“ Se puede observar que los picos característicos de TPU aumentan proporcionalmente con el contenido de TPU en las mezclas ”, afirmaron los investigadores. “ Esta es una primera indicación de una buena compatibilidad entre ABS y TPU en las mezclas, ya que no podemos identificar regiones separadas de ABS y TPU, al menos dentro de la resolución espacial del láser Raman. Para investigar más en detalle la composición química de las mezclas de ABS: TPU, se realizaron mapeos XY Raman de las mezclas «.
Mezcla mejorada de polímeros ABS / TPU
La figura muestra el espectro Raman promedio de ABS puro (rojo), mezclas de ABS: TPU que contienen 10% en peso de TPU (azul), 20% en peso de TPU (verde), 30% en peso de TPU (negro) y TPU puro (azul claro); b – c) Micrografías Raman de mezclas que contienen 20% en peso de TPU. El área roja indica el pico característico de ABS a 1012 cm − 1 mientras que el área azul corresponde al pico característico de TPU a 1531 cm − 1.
Los investigadores pasaron por varias proporciones de mezclas para llegar a las ideales. Prepararon el filamento de la impresora 3D utilizando una extrusora de un solo tornillo (Noztek, Reino Unido) a una temperatura de 230 ° C con una velocidad de tornillo de 60 rpm. Extruyeron alrededor de 50 g de filamentos con 1,75 ± 0,10 mm de diámetro utilizando ABS como matriz y TPU como aditivo. Las mezclas de polímeros estaban compuestas por 10% en peso, 20% en peso y 30% en peso de TPU y 90% en peso, 80% en peso y 70% en peso de ABS, respectivamente.
Descubrieron que el 10-20% de TPU era bueno para mejorar la unión entre capas sin disminuir el límite elástico. De manera similar, la versión 30% TPU también permitía imprimir sin calefacción adicional de la cama. Esto lo hace fuerte y conveniente para configuraciones de impresión menos elaboradas. Los investigadores van aún más lejos al afirmar:
“ Debido a su disponibilidad comercial y la simple preparación de las mezclas, creemos que estos materiales son particularmente interesantes para aplicaciones industriales a gran escala como alternativa al ABS puro ”.
Imagen destacada cortesía de los investigadores y la Universidad de Cádiz. El estudio completo está disponible aquí .
