Des chercheurs espagnols poursuivent la tendance au développement de nouvelles combinaisons de matériaux, détaillant leur étude dans le
Bien qu'il y ait eu de nombreuses études concernant les composites renforcés de nanotubes de carbone (CNT)
Notant que l'impression 3D a des impacts énormes dans le monde industriel, et dans de nombreuses autres applications également, les auteurs déclarent avec précision qu'il existe
Les composites deviennent de plus en plus populaires dans le domaine de l'impression 3D, car les utilisateurs à tous les niveaux sont mieux en mesure de répondre à leurs besoins pour diverses recherches, projets et fabrication de pièces plus solides.
“En particulier, les résines dopées aux nanotubes de carbone (CNT) ont fait l’objet de nombreuses études au cours des dernières décennies en raison de leurs grandes propriétés mécaniques, thermiques et électriques”, affirment les chercheurs. “Leur ajout à faible contenu dans une résine isolante permet la formation de réseaux de percolation électrique à l’intérieur du matériau, conduisant à une augmentation de la conductivité électrique du matériau de plusieurs ordres de grandeur.”
La surveillance de la santé structurelle (SHM) est une application principale capable de bénéficier de ces matériaux, car les capteurs peuvent détecter les dommages dus aux contraintes dans les jauges métalliques. Auparavant, diverses études d'impression 3D ont impliqué des CNT en tant que charges dans le développement de pièces avec des propriétés électriques, des capteurs de contrainte élastique, des dispositifs de blindage et une électronique flexible.
Dans cette étude, les chercheurs ont varié les NTC en évaluant les effets sur la conductivité. Ensuite, le potentiel de détection des contraintes a été étudié alors que les auteurs évaluaient les impacts de l'état de charge et des traitements post-durcissement.
Distance entre les rouleaux pendant le calandrage.
Un B9Creator a été utilisé pour l'impression 3D de six échantillons pour l'étude avec une teneur en CNT de 0,030, 0,050, 0,075, 0,100 et 0,150% en poids.
“Les paramètres d’impression les plus pertinents étaient 30 µm d’épaisseur de couche et 5,12 s de temps d’exposition par couche, sauf pour les échantillons avec 0,150% en poids de NTC, où le temps d’exposition a été augmenté à 6,84 s”, ont déclaré les auteurs.
«Cela est dû à la teneur plus élevée en CNT qui induit un effet de protection contre la lumière UV plus répandu causé par les CNT, réduisant l’exposition aux rayons UV du photoinitiateur et conduisant ainsi à une condition de sous-exposition. D’un autre côté, des conditions de surexposition ont été observées pour les échantillons dont la teneur en NTC était inférieure à 0,100% en poids et les temps d’exposition à la lumière UV plus longs que 5,12 s. »
La moitié des échantillons ont été soumis à des traitements de post-durcissement UV alors que les chercheurs ont étudié l'influence sur la détection des contraintes et les propriétés mécaniques.
Exemples de pièces imprimées en 3D avec 0,100% en poids de CNT. (a) éprouvettes de traction et flexion en trois points et (b) pièces à géométrie complexe.
Des échantillons DSC ont également été prélevés pour
Exemple de test DSC comprenant le premier et le deuxième balayage.
Les chercheurs ont confirmé que l'impression 3D est avantageuse dans ce cas car les nanoparticules se dispersent rapidement dans la résine. Avec un retard, une plus grande perte de propriétés est possible en raison de la ré-agglomération des nanoparticules.
Changements sur l'état de dispersion en fonction du temps après le processus de dispersion et en fonction de la teneur en CNT. (a) micrographies TOM de dispersion contenant 0,100% en poids de CNT à 0, 8, 21 et 30 h après la dispersion; (b) surface fractionnaire occupée par les NTC, taille agrégée moyenne plus grande et leur influence sur la conductivité électrique en fonction du temps depuis après la dispersion; (c) la taille de l'agglomérat individuel en fonction du temps après dispersion; (d) micrographies TOM à 0 h après dispersion en fonction de la teneur en CNT; et (e) la taille individuelle des agglomérats à 0 h après dispersion en fonction de la teneur en CNT.
Micrographies FEG-SEM montrant la distribution des NTC de l'échantillon de CNT à 0,100% en poids à (a) un faible grossissement et (b) un fort grossissement.
L'évaluation a montré qu'une distribution CNT appropriée était atteinte avec un seuil de percolation électrique plus bas et, en termes de propriétés mécaniques, une rigidité accrue du matériau.
«Néanmoins, les meilleurs résultats en termes de sensibilité à la déformation ont également été trouvés pour les teneurs en CNT les plus faibles car ils sont plus proches du seuil de percolation, l’effet tunnel étant le mécanisme le plus dominant du transport de charges électriques. De plus, la sensibilité à la déformation s’est avérée significativement plus faible pour les tests de flexion en trois points que pour les tests de traction comme prévu en raison de l’effet de la face soumise à la compression sur toute la résistance électrique de l’échantillon », ont conclu les chercheurs.
«Par conséquent, les résultats prouvent les excellentes capacités des nanocomposites fabriqués par DLP renforcés par CNT dans les applications de détection de contrainte et éclairent comment un traitement de post-durcissement UV et la teneur en CNT affectent les propriétés électromécaniques de ces matériaux.»
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L'impression 3D DLP post: mécanique
