Il potere trasformativo delle innovazioni nei materiali additivi

La lenta ma costante ascesa della produzione additiva (AM) negli ambienti di produzione tradizionali sta cambiando il modo in cui prodotti di ogni tipo vengono progettati, realizzati e consegnati. L’evoluzione dei materiali avanzati sta elevando ulteriormente il settore conferendo alle parti e ai prodotti di uso finale proprietà fisiche migliorate per un maggiore utilizzo a costi inferiori, nonché consegne più rapide e meno sprechi.

Secondo la società di ricerca SmarTech Analysis, si prevede che le tecnologie polimeriche AM si diffonderanno in una moltitudine di settori nel prossimo decennio, con una produzione di stampa che crescerà fino a quasi 26 miliardi di dollari all’anno entro il 2030. Nel compilare la ricerca, l’osservatore del settore ha esaminato le parti polimeriche AM che coprono prototipi , strumenti e attrezzature, nonché parti di produzione per uso finale in otto segmenti industriali, tra cui automobilistico, aerospaziale, beni di consumo, energia e medicina.

In particolare, la scienza dei polimeri coinvolta nello sviluppo di materiali additivi per la stampa 3D è intrinsecamente più complicata della scienza utilizzata per produrre materiali per la produzione tradizionale. Inoltre, le attuali piattaforme di stampa 3D spesso non dispongono dei rigorosi controlli di processo presenti nel CNC e nello stampaggio a iniezione, il che aggiunge un ulteriore livello di difficoltà.

Tracciare la traiettoria dei materiali additivi è inestricabilmente legato ai processi emergenti per estrarre maggiore valore dalle combinazioni polimeriche esistenti e nuove. Uno sguardo olistico a entrambi è fondamentale per colmare le lacune del mercato e allo stesso tempo introdurre nuove innovazioni produttive.

Con l’accelerazione dell’adozione dell’AM, aumenta anche la richiesta di materiali nuovi e migliorati, nonché di casi d’uso comprovati e convalide delle prestazioni. Uno dei maggiori vincoli attualmente è la necessità di aumentare la disponibilità di materiali con prestazioni migliori. Le aziende che danno priorità alla scienza dei polimeri saranno tra le prime a sconvolgere il mercato elevando le resine di base con attributi a valore aggiunto per migliorare l’usabilità per una più ampia gamma di applicazioni.

Tra i materiali plastici più frequentemente utilizzati, si stanno verificando sviluppi continui con le poliammidi (noti come nylon), i materiali termoplastici ABS (acrilonitrile butadiene stirene), PLA (acido polilattico) e PC (policarbonato). Ognuno di questi presenta vantaggi e svantaggi distinti in termini di proprietà del polimero, caratteristiche prestazionali e stampabilità.

Molti, se non tutti, i materiali additivi più diffusi possono essere migliorati attraverso il perfezionamento delle formulazioni polimeriche e dei processi di compounding. Sono necessarie competenze altamente specializzate nel controllo della morfologia e della cristallizzazione delle particelle, che richiedono a chimici e scienziati di creare e ripetere nuove formule di materiali.

Ad esempio, il nylon 6/6 è uno dei nylon commerciali più utilizzati per lo stampaggio a iniezione. Essendo un polimero altamente cristallino, il nylon 6/6 presenta tassi di ritiro elevati, motivo per cui viene generalmente utilizzato per produrre parti relativamente piccole. La capacità di modificare la cinetica di cristallizzazione, tuttavia, può estendere l'uso di questo materiale stabile e collaudato per produrre fattori di forma più grandi.

Allo stesso modo, la capacità di indurre cristallinità in polimeri tipicamente amorfi, come il policarbonato, apre le porte alla produzione di questi materiali utilizzando la sinterizzazione laser selettiva (SLS), una popolare piattaforma di stampa 3D nella categoria della fusione a letto di polvere. . Il risultato è la produzione di un materiale in policarbonato amorfo che presenta l'elevata tenacità e trasparenza di una parte in policarbonato stampato a iniezione in un fattore di forma molto più leggero.

La catena del valore dei polimeri si estende dalla creazione chimica alla formulazione, conversione del fattore di forma, distribuzione e metodo di produzione, spaziando dalla stampa 3D allo stampaggio tradizionale, all’estrusione, alla fresatura o al rivestimento in polvere. Ottimizzare i materiali additivi per tutti i tipi di produzione non è un’impresa facile.

Per questo motivo, gli scienziati dei polimeri stanno entrando in territori inesplorati per migliorare la resistenza dei materiali, la duttilità, la durabilità, la resistenza chimica e all’umidità, il peso e la sostenibilità, riducendo al contempo i costi. Ciò richiede un attento coordinamento e calibrazione della chimica, dell’ingegneria dei polimeri e dei processi produttivi per modificare l’architettura e il metodo di creazione e formazione dei materiali.