I risultati conseguiti

Formulazioni di nuovi materiali compositi a base di fibre naturali funzionalizzate

Sono stati selezionati sul mercato tutti i materiali, da poter impiegare nei compositi, di natura epossidica e poliuretanica, fibre vegetali, cementi di varia natura, additivi ignifughi, agenti per la funzionalizzazione superficiale delle fibre.

A seguito di un ulteriore screening e numerose analisi, prove e test, eseguiti per individuare i materiali più utili al progetto, per la sperimentazione sono stati utilizzati i seguenti materiali:

  • resine epossidiche che risultano avere caratteristiche di viscosità e tempi di gelazione utili all’estrusione dei materiali compositi mediante stampante 3D;
  • resine poliuretaniche più largamente impiegate in tutti i campi nei quali si producono materiali poliuretanici;
  • fibre vegetali lignocellulosiche, estraibili per mezzo di semplici processi di macinatura da varietà vegetali a rapida crescita, come vegetali spontanei reperibili soprattutto nella flora meridionale ed in particolare in quella Calabrese;
  • fibre cellulosiche e non cellulosiche provenienti da materiali riciclati;
  • funzionalizzanti utili per generare compound di tipo epossidico e poliuretanico
  • materiali inorganici inerti, in grado di conferire elevata resistenza alla compressione ai compositi nei quali vengono inglobati.

A conclusione dello studio condotto, sono stati individuati 6 materiali compositi con resine di tipo epossidico e 12 tipi diversi di compositi poliuretanici, materiali che meglio hanno risposto alle esigenze del progetto.

L’impianto: il dimostratore industriale per lo stampaggio in 3D di compositi di fibre naturali

Il dimostratore full scale, e di conseguenza tutte le apparecchiature che lo costituiscono, sono stati progettati in modo da lavorare con miscele di tipo termoindurente costituite da:

  • fibre di natura vegetale, in forma di polveri fini, estraibili da diverse varietà di vegetali ed anche da rifiuti dell’agricoltura (ginestra, pula di riso, paglia, canapa, ecc.);
  • fibre minerali come il Cemento Portland, la pomice, le polveri di marmo, ecc.;
  • resine chimiche del tipo epossidico e poliuretanico;
  • particolari additivi atti a conferire ai materiali proprietà quali la resistenza al fuoco o l’isolamento alla trasmissione del calore e dei suoni.

La miscela utilizzata per i manufatti è costituita da polvere di ginestra, cemento Portland, resina epossidica ed indurente.

Il processo di stampa si completa in 8 fasi:

  • caricamento dei componenti della miscela dopo la loro pesatura (escluso l’indurente che segue un percorso distinto e separato);
  • miscelazione di cemento, polvere di ginestra e resina e successivo scarico in tramoggia estrusore;
  • estrusione della miscela a temperatura controllata che viene poi incanalata in un tubo flessibile termocontrollato;
  • trasporto della miscela che viene incanalata in una pompa ad ingranaggi;
  • dosaggio ed introduzione dell’indurente tramite una pompa peristaltica ed un tubo connesso al condotto di passaggio della miscela;
  • miscelazione finale tramite un miscelatore statico;
  • uscite del materiale tramite ugello realizzato ad hoc ed intercambiabile;
  • pulizia dell’impianto in ogni sua parte tramite un sistema di distribuzione acqua di pulizia con diversi tubi di uscita.

La testa mobile

A corredo dell’impianto di stampa 3D, è stata realizzata una testa mobile, con ugelli intercambiabili, alimentata tramite tubazioni flessibili termocontrollate, in grado di disegnare le geometrie progettate.

Caratteristiche dei manufatti realizzati

Il manufatto realizzato, di dimensioni 1250 mm x 1500 mm ed uno spessore contenuto entro i 300 mm, ha una particolare geometria interna di tipo romboidale; è stato realizzato con una miscela ottimizzata costituita dal 12% di fibra vegetale, 58% di cemento e la restante parte di resina+indurente.

È stato ottenuto un manufatto con isolamento acustico maggiore di 40 dB, realizzato con un materiale di conduttività termica finale minore o uguale a 0,07 W/mK, con buone capacità di resistenza al fuoco e caratteristiche strutturali compatibili con una muratura portante ed ecocompatibile.

I pannelli sono stati realizzati nel rispetto dei seguenti requisiti:

  • Resistenza a compressione,
  • Resistenza flessionale,
  • Eco-compatibilità,
  • Buone capacità di resistenza al fuoco,
  • Buon costo globale di produzione.