Material characterization of 3D printed polymers with continuous carbon fiber embedment and investigations on possible hybrid structures

Additive Manufacturing technologies can handle complex shapes, allowing the designer greater design freedom in comparison to classical production methods. Nevertheless, many challenges still have to be faced before moving forward to industrial applications wider than pure rapid prototyping. Such challenges were investigated in the present Master thesis research via multiple experimental testing campaigns and are listed as follows: • In-plane mechanical performances improvement via the embedding of continuous carbon fiber; • 3D objects realized with fully three-dimensional layers (i.e. non planar) with carbon fiber reinforcement; • Evaluation of adhesion properties of polymers extruded above carbon fiber laminates, leading to possible direct printing of high resolution details upon pre-existing surfaces; • Inter-layer adhesion improvement via extrusion in an oxygen free environment.

Le tecnologie di Additive Manufacturing hanno la possibilità di gestire forme complesse, permettendo al designer una maggiore libertà di progettazione, rispetto ai metodi classici di produzione. Tuttavia, molte problematiche rimangono ancora da affrontare prima di procedere verso un'applicazione industriale che sia più estesa della semplice prototipazione rapida. Queste problematiche sono state studiate nel dettaglio nella presente tesi attraverso innumerevoli campagne sperimentali; queste sono: • incremento delle prestazioni meccaniche nel piano attraverso l'inserimento di fibre continue di carbonio di rinforzo. • Valutazione delle proprietà di adesione di polimeri estrusi direttamente al di sopra di laminati di fibra di carbonio, aprendo la strada per la stampa di dettagli ad alta risoluzione dimensionale al di sopra di superfici pre-esistenti; • Miglioramento delle proprietà di adesione inter-layer attraverso un ambiente di produzione privo di ossigeno.