Proprietà meccaniche a fatica di materiali polimerici ottenuti per manifattura additiva

L’additive manufacturing rappresenta uno degli ambiti di maggior interesse e più innovativi della pratica industriale, in quanto permette di progettare e realizzare prodotti ottimizzando il consumo di materiale, sulla base delle prestazioni richieste, e riuscendo ad ottenere forme complesse che, nei processi tradizionali, richiedono la combinazione di diverse lavorazioni e di diversi utensili. I molti metodi di manifattura in cui si declina l’additive manufacturing consentono inoltre di scegliere in maniera mirata il processo produttivo più indicato per la realizzazione di un determinato prodotto. Il desiderio di godere di questi vantaggi in settori industriali che richiedono elevate prestazioni dal punto di vista meccanico, chimico, termico e rispetto a diverse altre qualità, ha portato i ricercatori del settore ad andare oltre l’orizzonte della semplice prototipazione e a studiare i parametri di processo e le caratteristiche dei materiali utilizzati che possono garantire l’utilizzo dei prodotti in esercizio. L’obiettivo di questa tesi di laurea è quello di presentare le caratteristiche principali di una della più diffuse pratiche di manifattura additiva, la stampa a filamento fuso (FDM), di offrire una panoramica degli studi sin qui condotti su alcuni dei materiali polimerici più diffusi in questo settore e in particolare sul loro comportamento a fatica. Il danneggiamento per fatica, e quindi sotto l’azione di carichi ciclici, è particolarmente interessante nella caratterizzazione di un materiale, in quanto permette di prevederne l’affidabilità nel tempo e quindi anche di valutarne la possibilità di utilizzo. Attualmente sono presenti diversi studi focalizzati sull’analisi della resistenza statica dei materiali FDM, mentre la letteratura è meno ricca dal punto di vista dell’analisi del comportamento a fatica, ma in rapido aggiornamento. Nelle pagine che seguono verranno presentati alcune esperienze e studi riguardanti quattro materie diffuse in questo ambito; PLA, ABS, PC, PA, che non esauriscono le possibili scelte di materiale adatto alla stampa a filamento fuso, ma rispetto alle quali sono presenti più informazioni. Gli esperimenti descritti hanno avuto come obiettivo principale quello di capire l’influenza delle principali variabili del processo FDM sulle caratteristiche finali del prodotto e di poter così definire la combinazione ideale dei parametri. Il confronto tra i risultati ottenuti per i diversi materiali considerati in questo elaborato consente quindi di valutare da quali di questi sia lecito aspettarsi un miglior comportamento a fatica, anche se la diversità nelle tipologie delle prove effettuate e le diverse condizioni di carico lasciano la possibilità di ottenere conclusioni differenti di fronte alle evidenze degli studi futuri. La ricerca bibliografica svolta ha considerato testi e articoli di riviste scientifiche internazionali che, in buona misura, sono riconducibili a team di ricerca provenienti da diverse nazioni e pubblicati per la maggior parte nell’arco degli ultimi cinque anni, segno che l’argomento trattato è di interesse largamente diffuso e che nei prossimi anni verranno estese le conoscenze in merito alla fatica dei materiali polimerici ottenuti per stampa a filamento fuso.