KISAH SUKSES PELANGGAN
Optimalisasi Proses Manufaktur Ekstrusi, Cetakan Injeksi, dan Pencetakan 3D Polimer dan Komposit Polimer untuk Industri Otomotif
Laporan Lapangan oleh Fakultas Teknik di Universitas Roma
Dalam kisah sukses pelanggan ini, Jacopo Tirillò, Profesor Penuh dalam bidang ilmu dan teknologi material di Departemen Lingkungan Material Insinyur Kimia di Universitas Sapienza Roma berbicara tentang pekerjaan penelitiannya mengenai pengembangan bahan komposit ramah lingkungan untuk aplikasi otomotif yang memanfaatkan poliamida yang sepenuhnya berbasis bio. Beliau juga memberikan wawasan dalam penyelidikannya di bidang Manufaktur Aditif dan otomatisasi proses untuk material hibrida dan komposit serta karyanya dalam pencetakan 3D basal dengan kandungan rendah.
“Laboratorium Analisis Termal kami bertujuan untuk menyediakan paket layanan kepada Akademisi dan Industri yang mencakup instrumen berkualitas standar tinggi yang disediakan oleh NETZSCH Analyzing & Testing bersama dengan pengetahuan para profesor, peneliti, dan teknisi. Tujuan utamanya adalah untuk mencapai jaringan yang saling terhubung dan efisien dengan universitas dan industri untuk memastikan kualitas penelitian tertinggi dan pertumbuhan yang bermanfaat dari proses dan produk manufaktur dengan tujuan untuk pengembangan ekonomi wilayah dan secara umum negara. Saat ini, kami bekerja sama dengan perusahaan-perusahaan seperti Bridgestone, ABB, Treves-Roi, Stellantis, ESA, ASI, dan AVIO Space - hanya beberapa di antaranya.”
Fakultas Teknik di Universitas Roma yang terkenal di Italia didirikan pada tahun 1935. Pada tahun 2010, setelah reorganisasi Universitas Sapienza, Fakultas Teknik dibagi menjadi dua fakultas: Teknik Informasi, Ilmu Komputer dan Statistik, dan Teknik Sipil dan Industri. Fakultas yang terakhir, saat ini mencakup enam departemen yang berbeda: Teknik Astronotika, Elektro dan Energi, Teknik Kimia Material dan Lingkungan, Teknik Sipil, Bangunan dan Lingkungan, Teknik Mesin dan Kedirgantaraan, Teknik Struktural dan Geoteknik, Ilmu Dasar dan Terapan Teknik.
Selain lokasi utama di Roma, fakultas ini memiliki dua kantor cabang di Rieti dan Latina. Lebih tepatnya, sejak tahun 1991, kota Latina telah menjadi tuan rumah bagi cabang Universitas Sapienza di Roma, yang meliputi Fakultas Teknik, Ekonomi dan Perdagangan, serta Kedokteran dan Bedah.
Hari ini kami dengan senang hati mewawancarai Jacopo Tirillò, Profesor Penuh di bidang Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan di Departemen Lingkungan Bahan Insinyur Kimia di Universitas Sapienza Roma.
Beliau memiliki pengalaman lebih dari 15 tahun di bidang ilmu dan teknologi material yang didokumentasikan oleh lebih dari 170 publikasi ilmiah. Jacopo Tirillò akan memberi kita wawasan dalam pekerjaan penelitiannya di laboratorium analisis termal baru di Latina: dia bekerja di bidang polimer dan komposit polimer untuk mengoptimalkan proses manufaktur seperti ekstrusi, pencetakan injeksi dan pencetakan 3D dengan menggunakan instrumen analisis termal NETZSCH.
Jacopo Tirillò, pada bulan Juni 2023 Anda dan tim Anda baru saja merayakan pembukaan laboratorium analisis termal baru di lokasi di Latina, kantor cabang Universitas Roma, untuk melaksanakan proyek-proyek akademis dan memberikan aplikasi teknis dan dukungan analitis kepada pelanggan industri. Mengapa pembukaan laboratorium baru ini sangat inovatif untuk wilayah dan universitas Anda?
"Pembukaan Laboratorium Analisis Termal ini mewakili Polo Pontino dan La Sapienza sebagai pusat keunggulan dalam karakterisasi material dan titik acuan bagi perusahaan dan pusat penelitian. Laboratorium ini (gambar 1) merupakan bagian dari proyek yang lebih besar yang akan menjadikan Polo Pontino sebagai pusat keunggulan dalam analisis material di tahun-tahun mendatang, khususnya di bidang keberlanjutan dan energi terbarukan."
Layanan apa yang akan Anda tawarkan secara rinci, baik kepada akademisi maupun industri?
"Laboratorium Analisis Termal yang baru ini bertujuan untuk menyediakan paket layanan kepada Akademisi dan Industri yang mencakup instrumen berkualitas standar tinggi yang disediakan oleh NETZSCH Analyzing & Testing bersama dengan pengetahuan para profesor, peneliti, dan teknisi yang diperoleh selama bertahun-tahun pengalaman dan profesionalisme. Tujuan utamanya adalah untuk mencapai jaringan yang saling berhubungan dan efisien dengan universitas dan industri untuk memastikan kualitas penelitian tertinggi dan pertumbuhan yang bermanfaat dari proses manufaktur dan produk dengan tujuan untuk pengembangan ekonomi di wilayah tersebut dan secara umum di negara ini. Saat ini kami bekerja sama dengan perusahaan-perusahaan seperti Bridgestone, ABB, Treves-Roi, Stellantis, ESA, ASI, dan AVIO Space - hanya beberapa di antaranya."
Bagaimana analisis termal membantu memecahkan tantangan dalam aktivitas penelitian Anda?
"Kelompok penelitian kami bekerja terutama di bidang polimer dan komposit polimer. Perilaku reologi, mekanik dan dimensi dari kelas material ini sangat bergantung pada suhu, oleh karena itu eksploitasi analisis termal sangat penting untuk memastikan gambaran 360 derajat pada material yang diteliti. Sebagai contoh, analisis termal sangat penting untuk mengidentifikasi kondisi reologi terbaik untuk mengoptimalkan proses manufaktur seperti ekstrusi, pencetakan injeksi, dan pencetakan 3D, selain itu, analisis termal juga dapat menjelaskan variasi perilaku mekanis suatu material yang memungkinkan validasi atau kelayakannya untuk aplikasi tertentu. Di sini, kami menggunakan instrumen analisis termal yang berbeda dari NETZSCH, seperti Differential Scanning Calorimeter (DSC), Dynamic-Mechanical Analyzer (DMA),Dilatometer (DIL) , atau Fourier Transform Infrared Spectrometer (FT-IR ) yang digabungkan dengan Thermogravimetric Analyzer (TGA). Alat-alat ini merupakan alat yang sangat kuat dan penting dalam bidang pengembangan polimer dan komposit polimer."
Prof. Tirillò, bisakah Anda memberikan contoh bagaimana Anda menggunakan analisis termal sejauh ini?
"Dalam rangka proyek Thalassa (PON "R&I" 2014-2020, hibah ARS01_00293, Distretto Navtec) yang didanai oleh MUR (Kementerian Italia untuk Universitas dan Penelitian), kelompok penelitian melakukan banyak penelitian untuk mengusulkan solusi komposit berbasis biologi yang baru. Salah satu penelitian yang dilakukan berfokus pada pengembangan komposit ramah lingkungan untuk aplikasi otomotif yang memanfaatkan Poliamida 11 (PA11) yang sepenuhnya berbasis bio yang disintesis dari minyak jarak yang diperkuat dengan kain hibrida rami/basal intra-lapis untuk menjaga sifat ramah lingkungan dari bahan tersebut. Di sini, kami menyelidiki PA11 yang diplastisasi bersama dengan PA11 asli dengan tujuan untuk meningkatkan respons benturan dari struktur ini (gambar 2). PA11 yang diplastisisasi terbukti efektif dalam memberikan ketangguhan yang lebih tinggi yang menunda fenomena penetrasi dan mengurangi lekukan permanen laminasi pada suhu kamar, tetapi juga memberikan polimer dengan Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh hampir 10 ° C lebih rendah seperti yang dibuktikan dengan pemindaian DSC, lihat gambar 2.
Aspek ini sangat penting untuk meningkatkan kemampuan proses, tetapi juga untuk menjaga serat nabati yang digunakan sebagai penguat yang memiliki sensitivitas termal yang tinggi. Degradasi termal dari serat sangat tidak diinginkan karena dapat secara signifikan membahayakan efek penguatnya. Informasi lebih lanjut tentang penelitian ini dapat ditemukan di artikel "Toughened Bio-Polyamide 11 for Impact-Resistant Intraply Basalt/Flax Hybrid Composites" (DOI: 10.3390/macromol2020010) yang diterbitkan di Macromol pada tahun 2022
Terima kasih atas wawasan yang menarik ini! Apakah ada proyek penelitian lain dan hasilnya yang ingin Anda bagikan kepada kami?
"Ya, dengan senang hati. Contoh lain yang menunjukkan pentingnya analisis termal dalam karakterisasi material diberikan dalam pekerjaan yang dilakukan dalam kerangka Proyek Penelitian AMICO (kode ARS01_00758) yang didanai oleh Kementerian Pendidikan, Universitas, dan Penelitian Italia. Proyek ini berfokus pada Manufaktur Aditif dan otomatisasi proses untuk bahan hibrida dan komposit dan, dalam konteks ini, sebuah penelitian tentang pencetakan 3D dari PP basal dan PA12 yang diisi rendah, yang sekarang sedang dipertimbangkan untuk dipublikasikan di Journal of Composites Science, telah dilakukan. Manufaktur aditif adalah teknik yang sedang naik daun dengan potensi besar di banyak bidang industri berkat berbagai keuntungan seperti kebebasan desain yang lebih tinggi, minimalisasi limbah, pembuatan prototipe yang cepat, kustomisasi produk, keringanan struktur melalui desain generatif, dan pengoptimalan topologi. Di antara semua teknik pencetakan 3D yang tersedia, Fused Deposition Modeling (FDM), yang dirancang untuk polimer termoplastik dan komposit, adalah yang termurah dengan investasi mesin dan biaya bahan baku yang rendah. Terlepas dari semua keuntungan ini, komponen polimer yang dihasilkan oleh FDM dicirikan oleh kinerja mekanis yang lebih rendah daripada yang sesuai dengan cetakan injeksi karena porositas tinggi yang dihasilkan oleh diskontinuitas antara lapisan yang berdekatan. Atas dasar ini, penelitian ini mengusulkan cara yang layak untuk mengeksploitasi keuntungan yang berasal dari FDM sambil mencoba memperbaiki masalah utama yang terkait dengan kinerja mekanis yang lebih rendah dengan menggunakan filamen polimer yang terisi rendah. Secara khusus, PP dan PA 12, yang merupakan dua bahan polimer utama yang digunakan di sektor otomotif, diperkuat dengan serat basal sebanyak 5 persen. Hasil yang diperoleh bagus dengan peningkatan yang signifikan dalam kekakuan tarik dan nilai KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan yang sebanding dengan polimer rapi yang diproses melalui cetakan injeksi berkat porositas intrinsik yang berasal dari FDM. Secara khusus, komponen akhir dikarakterisasi dengan densitas 0,88 g/cm3 untuk PP dan 1,01 g/cm3 untuk komposit berisi basal PA12, yang sebanding dengan 0,91 g/cm3 dan 1,01 g/cm3 dari matriks rapi terkait yang digunakan dalam cetakan injeksi.
Dalam kerangka kerja ini, pengetahuan tentang perilaku peleburan material sangat penting untuk mengoptimalkan produksi filamen dengan ekstrusi dan pencetakan 3D komponen. Analisis DSC memungkinkan untuk mengungkapkan Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh PP dan PA12, yaitu 165°C dan 252°C, dan suhu pencetakan yang dipilih masing-masing 260 dan 300°C. Suhu pencetakan yang dipilih untuk PA12 sangat sesuai dengan suhu lelehnya, tetapi juga merupakan batas atas printer 3D. Mempertimbangkan pengaruh kuat dari panjang serat dalam respon mekanis komposit, distribusi panjang serat dari kedua konfigurasi polimer dievaluasi sebelum dan sesudah spesimen dicetak 3D dan data yang dihasilkan ditunjukkan pada gambar 4. Spesimen PP menunjukkan hanya sedikit penurunan panjang serat rata-rata sementara PA12 menunjukkan penurunan yang lebih signifikan pada panjang rata-rata serat yang mungkin disebabkan oleh reologi polimer. Secara khusus, filamen PP dicetak 3D menggunakan suhu 100 ° C lebih tinggi dari suhu lelehnya sehingga memastikan fluiditas lelehan yang baik sementara PA12 dicetak 3D hanya dengan menggunakan panas berlebih 50 ° C yang memerlukan viskositas lelehan yang lebih tinggi dan peningkatan momen lentur yang diterapkan pada serat.
Analisis termal sekali lagi merupakan alat yang ampuh untuk mendukung dan memahami variasi morfologi yang dialami oleh komposit dan mengungkapkan potensi peningkatan respons material hanya dengan memilih printer 3D yang lebih berkinerja baik."
Dan proyek apa saja yang sedang Anda kerjakan saat ini, yang melibatkan penggunaan instrumen analisis termal kami?
"Sebenarnya sulit untuk mengidentifikasi salah satu proyek kami yang sedang berjalan yang tidak akan mendapat manfaat dari analisis termal. Kelompok penelitian ini terlibat dalam dua proyek PRIN, yaitu PRIN 2023 "Bio-cOmpOsite Material dEsign foR pAckagiNG (BOOMERANG)" dan PRIN 2022 "additive mAnufactuRing for liGhtwEight joinTs (TARGET)", dan dua proyek PNRR, yaitu, Spoke 11 Bahan Inovatif dan Ringan dari Centro Nazionale per la Mobilità Sostenibile (MOST) dan Spoke 3 "Produk & bahan ramah lingkungan dan berkelanjutan dari sumber bahan mentah non-kritis dan sekunder" dari PE11 "Made in Italy Circolare e Sostenibile" (MICS). Selain itu, Hibah Lanjutan ERC untuk proyek ButterFly diberikan kepada Prof. Filippo Berto.
Semua proyek bertujuan untuk mengusulkan material baru dengan keberlanjutan yang lebih baik dan dampak lingkungan yang lebih rendah serta untuk mengembangkan struktur baru yang lebih ringan. Dalam kedua kasus tersebut, analisis termal sangat penting untuk menempatkan produk yang memenuhi persyaratan standar di pasar dan untuk mengoptimalkan proses manufaktur untuk mengurangi sebanyak mungkin dampak lingkungan sambil memastikan hasil yang berkualitas tinggi.
Saya membayangkan, kolaborasi dengan NETZSCH Analyzing & Testing akan mengarah, seperti yang telah dilakukan, juga di masa depan untuk kemajuan teknologi laboratorium kami baik dalam hal peralatan dan pengetahuan.
Akhirnya, saya ingin mengucapkan terima kasih kepada semua anggota tim dari kelompok penelitian ini: Prof. Fabrizio Sarasini, Prof. Filippo Berto, Dr. Claudia Sergi dan Dr. Irene Bavasso."
Tirillò, terima kasih banyak atas wawasan yang diberikan dalam penelitian Anda yang menarik ini. Kami senang dapat berkontribusi di masa depan, tidak hanya dengan instrumen kami, tetapi juga dengan layanan konsultasi dan acara pelatihan baru.