Otomotiv Endüstrisi için Polimer ve Polimer Kompozitlerin Ekstrüzyon, Enjeksiyon Kalıplama ve 3D Baskı Üretim Süreçlerinin Optimizasyonu

İtalya'nın tanınmış Roma Üniversitesi Mühendislik Fakültesi 1935 yılında kurulmuştur. 2010 yılında Sapienza Üniversitesi'nin yeniden yapılandırılmasının ardından Mühendislik Fakültesi iki fakülteye bölünmüştür: Bilgi Mühendisliği, Bilgisayar Bilimi ve İstatistik ile İnşaat ve Endüstri Mühendisliği. İkincisi, günümüzde altı farklı bölüm içermektedir: Astronotik, Elektrik ve Enerji Mühendisliği, Kimyasal Malzemeler ve Çevre Mühendisliği, İnşaat, Yapı ve Çevre Mühendisliği, Makine ve Havacılık Mühendisliği, Yapı ve Geoteknik Mühendisliği, Mühendislik için Temel ve Uygulamalı Bilimler.

Fakültenin Roma'daki ana merkezinin yanı sıra Rieti ve Latina'da da iki şubesi bulunmaktadır. Daha açık bir ifadeyle, 1991 yılından bu yana Latina şehri, Mühendislik, Ekonomi ve Ticaret ile Tıp ve Cerrahi Fakültelerini içeren Roma Sapienza Üniversitesi'nin bir şubesine ev sahipliği yapmaktadır.

Bugün, Roma Sapienza Üniversitesi Kimya Mühendisliği Malzeme Çevresi Bölümü'nde Malzeme Bilimi ve Teknolojisi alanında Profesör olan Jacopo Tirillò ile röportaj yapmaktan memnuniyet duyuyoruz.

Malzeme bilimi ve teknolojisi alanında 170'in üzerinde bilimsel yayınla belgelenmiş 15 yılı aşkın bir deneyime sahiptir.arcDr. Jacopo Tirillò, Latina'daki yeni termal analiz laboratuvarında yaptığı çalışmalar hakkında bilgi verecek: NETZSCH termal analiz cihazlarını kullanarak ekstrüzyon, enjeksiyon kalıplama ve 3D baskı gibi üretim süreçlerini optimize etmek için polimerler ve polimer kompozitler alanında çalışıyor.

Hem akademiye hem de endüstrilere ayrıntılı olarak hangi hizmetleri sunacaksınız?

"Yeni Termal Analiz Laboratuvarı, NETZSCH Analyzing & Testing tarafından sağlanan yüksek standartlı kaliteli cihazlar ile profesörlerin, araştırmaarcuzmanlarının ve teknisyenlerin yılların deneyimi ve profesyonelliği ile elde edilen bilgi birikimini içeren bir hizmet paketini hem Akademi hem de Endüstrilere sunmayı amaçlamaktadır.arcAna hedef, bölgenin ve daha genel olarak ülkenin ekonomik kalkınması amacıyla en yüksek kaliteyi ve hem üretim süreçlerinin hem de ürünlerin verimli bir şekilde büyümesini sağlamak için hem üniversiteler hem de endüstriler ile birbirine bağlı ve verimli bir ağ oluşturmaktır. Şu anda Bridgestone, ABB, Treves-Roi, Stellantis, ESA, ASI ve AVIO Space gibi şirketlerle çalışıyoruz - bunlardan sadece birkaçı."

Termal analiz,arch faaliyetinizdeki zorlukları çözmenize nasıl yardımcı oluyor?

"arch grubumuz ağırlıklı olarak polimerler ve polimer kompozitler alanında çalışmaktadır. Bu malzeme sınıflarının reolojik, mekanik ve boyutsal davranışları büyük ölçüde sıcaklığa bağlıdır, bu nedenle termal analizin kullanılması, incelenen malzemeye 360 derecelik bir genel bakış sağlamak için temeldir. Örneğin, termal analiz ekstrüzyon, enjeksiyon kalıplama ve 3D baskı gibi üretim süreçlerini optimize etmek için en iyi reolojik koşulları belirlemek için temeldir, ancak belirli bir uygulama için fizibilitesini doğrulamaya veya boşaltmaya izin veren bir malzemenin mekanik davranışındaki değişikliklere ışık tutmaya izin verir. Burada, Diferansiyel TaramalıKalorimetre(DSC), Dinamik-Mekanik Analizör (DMA ), Dilatometre (DIL ) veya Termogravimetrik Analizör (TGA) ile birleştirilmiş Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektrometre (FT-IR ) gibi farklı termal analiz cihazlarını NETZSCH kullanıyoruz. Bunlar polimerler ve polimer kompozitlerin geliştirilmesi alanında kesinlikle güçlü ve gerekli araçlardır."

Prof. Tirillò, bugüne kadar termal analizi nasıl kullandığınıza dair örnekler verebilir misiniz?

arc"MUR (İtalyan Üniversite ve Araştırma Bakanlığı) tarafından finanse edilen Thalassa projesi (PON "R&I" 2014-2020, hibe ARS01_00293, Distretto Navtec) çerçevesinde, research grubu yeni biyo-bazlı kompozit çözümler önermek için birçok çalışma yürütmüştür.arcBu çalışmalardan biri, malzemenin çevre dostu niteliğini korumak için kat içi keten/bazalt hibrit kumaşla güçlendirilmiş hint yağından sentezlenen tamamen biyo-bazlı bir Poliamid 11 (PA11) kullanarak otomotiv uygulamaları için çevre dostu bir kompozit geliştirmeye odaklanmıştır. Burada, bu yapıların darbe tepkisini iyileştirmek amacıyla doğal PA11 ile birlikte plastikleştirilmiş bir PA11'i araştırdık (Şekil 2). Plastikleştirilmiş PA11'in penetrasyon olaylarını geciktiren ve oda sıcaklığında laminat kalıcı girintiyi azaltan daha yüksek bir tokluk sağlamada etkili olduğu kanıtlandı, ancak aynı zamanda polimere DSC taramasıyla kanıtlandığı gibi neredeyse 10 ° C daha düşük birErime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime sıcaklığı kazandırdı, bkz. şekil 2.

Bu husus, işlenebilirliği iyileştirmenin yanı sıra, takviye olarak kullanılan ve termal hassasiyeti yüksek olan bitkisel lifleri korumak için de çok önemlidir. Elyafın termal bozunması son derece istenmeyen bir durumdur çünkü takviye etkisini önemli ölçüde tehlikeye atabilir. Bu çalışma hakkında daha fazla bilgi 2022 yılında Macromol'de yayınlanan "Toughened Bio-Polyamide 11 for Impact-Resistant Intraply Basalt/Flax Hybrid Composites" (DOI:10.3390/macromol2020010) makalesinde bulunabilir."

Bu ilginç bilgiler için teşekkür ederiz! Bizimle paylaşmak istediğiniz başka research projesi ve sonuçları var mı?

"Evet, memnuniyetle.arcMalzeme karakterizasyonunda termal analizin önemini gösteren bir başka örnek de İtalya Eğitim, Üniversite ve Araştırma Bakanlığı tarafından finanse edilen AMICO (ARS01_00758 kodlu) Research Projesi çerçevesinde yürütülen çalışmada verilmiştir. Proje, hibrit ve kompozit malzemeler için Eklemeli Üretim ve süreç otomasyonuna odaklanmış ve bu bağlamda, düşük dolgulu bazalt PP ve PA12'nin 3D baskısı üzerine, şu anda Kompozit Bilimi Dergisi'nde yayınlanmak üzere değerlendirilmekte olan bir research çalışması gerçekleştirilmiştir. Katmanlı üretim, daha yüksek tasarım özgürlüğü, atık minimizasyonu, hızlı prototipleme, ürün özelleştirme, üretken tasarım ve topolojik optimizasyon yoluyla yapı hafifletme gibi sayısız avantaj sayesinde birçok endüstriyel alanda büyük bir potansiyele sahip, yükselişte olan bir tekniktir. Mevcut tüm 3D baskı teknikleri arasında, termoplastik polimerler ve kompozitler için tasarlanmış olan Fused Deposition Modeling (FDM), düşük makine yatırımı ve hammadde maliyetleri ile en ucuz olanıdır. Tüm bu avantajlara rağmen, FDM ile üretilen polimerik bileşenler, bitişik katmanlar arasındaki süreksizliklerden kaynaklanan yüksek gözeneklilik nedeniyle ilgili enjeksiyon kalıplama bileşenlerinden daha düşük mekanik performans ile karakterize edilir. Bu temelde, çalışma, düşük dolgulu polimerik filamentler kullanarak düşük mekanik performansla bağlantılı ana sorunu çözmeye çalışırken FDM'den kaynaklanan avantajlardan yararlanmak için uygun bir yol önerdi. Özellikle, otomotiv sektöründe kullanılan iki ana polimerik malzeme olan PP ve PA 12, ağırlıkça %5 bazalt elyaf ile takviye edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, FDM'den kaynaklanan içsel gözeneklilik sayesinde enjeksiyon kalıplama yoluyla işlenen saf polimerinkilerle karşılaştırılabilir gerilme sertliği ve YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. yoğunluk değerlerinde önemli bir iyileşme ile iyiydi. Özellikle, nihai bileşenler PP için 0.88 ^g/cm3 ve PA12 bazalt dolgulu kompozitler için 1.01 ^g/cm3 YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. yoğunluk ile karakterize edilmiştir; bu değerler enjeksiyon kalıplamada kullanılan ilgili saf matrisin 0.91 ^g/cm3 ve 1.01 ^g/cm3 değerleri ile karşılaştırılabilir.

Bu çerçevede, malzemelerinErime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime davranışının bilinmesi, hem ekstrüzyon yoluyla filament üretimini hem de bileşenlerin 3D baskısını optimize etmek için esastır. DSC analizi PP ve PA12Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime sıcaklıklarının, yani 165°C ve 252°C'nin ortaya çıkmasını sağlamıştır ve baskı sıcaklıkları selectsırasıyla 260 ve 300°C olmuştur. PA12 için belirlenen baskı sıcaklığı selecterime sıcaklığı ile mükemmel bir şekilde uyumluydu ancak aynı zamanda 3D yazıcı üst sınırıydı. Kompozit mekanik yanıtta elyaf uzunluğunun güçlü etkisi göz önüne alındığında, her iki polimerik konfigürasyonun elyaf uzunluğu dağılımı, numunelerin 3D baskısından önce ve sonra değerlendirilmiş ve elde edilen veriler Şekil 4'te gösterilmiştir. PP numuneleri ortalama elyaf uzunluğunda sadece hafif bir azalma gösterirken, PA12 muhtemelen polimer reolojisi nedeniyle elyaf ortalama uzunluğunda daha önemli bir azalma göstermiştir. Özellikle, PP filamentiErime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime sıcaklığından 100°C daha yüksek bir sıcaklık kullanılarak 3D olarak basılmış ve böylece eriyiğin iyi bir akışkanlığı sağlanırken, PA12 sadece 50°C'lik bir aşırı ısınma kullanılarak 3D olarak basılmıştır, bu da eriyiğin daha yüksek bir viskozitesine ve liflere uygulanan bükülme momentlerinin artmasına neden olmaktadır.

Termal analiz, kompozitin yaşadığı morfolojik değişimleri desteklemek ve anlamak için yine güçlü bir araç oldu ve sadece selectdaha performanslı bir 3D yazıcıyla malzeme tepkisinde potansiyel bir iyileşme olduğunu ortaya koydu."

Üzerinde çalıştığınız ve termal analiz cihazlarımızın kullanımını içeren güncel projeleriniz hangileri?

"Devam etmekte olan projelerimiz arasında termal analizden faydalanmayacak bir proje belirlemek gerçekten zor. Research grubu, PRIN 2023 "Bio-cOmpOsite Material dEsign foR pAckagiNG (BOOMERANG)" ve PRIN 2022 "additive mAnufactuRing for liGhtwEight joinTs (TARGET)" olmak üzere iki PRIN projesinde ve iki PNRR projesinde yer almaktadır, Centro Nazionale per la Mobilità Sostenibile (MOST) Spoke 11 Innovative Materials and LightWeighting ve PE11 "Made in Italy Circolare e Sostenibile" (MICS) Spoke 3 "Kritik olmayan ve ikincil ham kaynaklardan yeşil ve sürdürülebilir ürünler ve malzemeler". Ayrıca, ButterFly projesi için ERC İleri Düzey Hibesi Prof. Filippo Berto'ya verildi.

Tüm projeler, daha iyi sürdürülebilirlik ve daha düşük çevresel etkiye sahip yeni malzemeler önermeyi ve yeni hafifletilmiş yapılar geliştirmeyi amaçlamaktadır. Her iki durumda da termal analiz, standart gerekliliklerini yerine getiren performanslı ürünlerin piyasaya sürülmesi ve yüksek kalitede çıktı sağlarken çevresel etkilerini mümkün olduğunca azaltmak için üretim süreçlerinin optimize edilmesi için çok önemlidir.

NETZSCH Analyzing & Testing ile işbirliğimizin, halihazırda olduğu gibi gelecekte de laboratuvarımızın hem ekipman hem de bilgi açısından teknolojik ilerlemesine yol açacağını düşünüyorum.

Son olarak, research grubunun tüm ekip üyelerine yürekten teşekkür etmek istiyorum: Prof. Fabrizio Sarasini, Prof. Filippo Berto, Dr. Claudia Sergi ve Dr. Irene Bavasso."

Dr. Tirillò, heyecan vericiarcçalışmalarınıza ilişkin bilgiler için çok teşekkür ederiz. Gelecekte sadece cihazlarımızla değil, aynı zamanda danışmanlık hizmetlerimiz ve yeni eğitim etkinliklerimizle de katkıda bulunmaktan mutluluk duyarız.

Bu makaleyi paylaşın: