Le fibre di cellulosa possono essere utilizzate come materiale di rinforzo per compositi?

L’Istituto tedesco di ricerca per i tessuti e le fibre (DITF) ha recentemente avviato un progetto di ricerca per sviluppare un metodo innovativo di stampa 3D dei compositi. L’obiettivo è quello di produrre componenti rinforzati realizzati con fibre sostenibili a base biologica, come la fibra di cellulosa. Il team del progetto, in collaborazione con il produttore Arburg, ha progettato una testa in grado di estrudere fibre di cellulosa continue in una matrice a base di cellulosa. Finanziato dal Ministero Federale Tedesco dell’Istruzione e della Ricerca, il progetto permetterebbe di utilizzare un materiale attualmente abbondante e di progettare parti più durevoli, sfruttando appieno i vantaggi della stampa 3D in composito.

Il progetto di ricerca tedesco è un altro buon esempio di come possiamo trarre ispirazione dalla natura e applicare il suo comportamento alla stampa 3D. Senza saperlo, siamo circondati da tessuti compositi: legno, piante, seta di ragno o addirittura pelle. Queste fibre naturali offrono proprietà molto interessanti, sia in termini di resistenza che di leggerezza. Allora perché non utilizzarli nella produzione additiva?

La sfida principale è la gestione della temperatura. Le fibre naturali – come la cellulosa – sono molto sensibili alle alte temperature, il che esclude la possibilità di lavorare con una matrice plastica come il PLA o l’ABS, poiché la termoplastica deve essere riscaldata a sufficienza per essere depositata strato per strato. Il team ha quindi dovuto pensare sia a una nuova matrice sia a un processo di stampa che rispettasse questi vincoli di temperatura.

Hanno quindi proposto una soluzione a base di matrice di cellulosa. Il comunicato stampa ufficiale spiega: “Il filamento di fibra di cellulosa viene prima stabilizzato con un legante per essere lavorato nella stampante. La testina di stampa, appositamente progettata, trasforma il legante in una matrice in cui vengono incorporate le fibre di cellulosa continue. Poiché le fibre di cellulosa e la matrice hanno strutture chimiche simili, il componente composito è particolarmente stabile“. Grazie a una soluzione di ottimizzazione topologica, il team è stato anche in grado di decidere dove depositare con precisione le fibre continue, cioè nella giusta direzione rispetto al carico applicato al pezzo in questione.

Dai risultati ottenuti, sembra che i pezzi abbiano un’ottima resistenza all’urto. Questo metodo di stampa 3D dei compositi potrebbe essere particolarmente interessante per lavorare con materiali più sensibili alla temperatura e non sarebbe limitato alle fibre naturali. Per maggiori informazioni: QUI.

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*Crediti per tutte le foto: DITF