Investigation of the influence of process parameters in multi-material 3D printing based on the FDM technology

Thanks to the rapid technological evolution of Additive Manufacturing (AM) technologies, especially in these last few years, the interest in multi-material printing has also rapidly increased. In the case of polymer-based AM, the most adopted technology for multi-material printing is the Material Jetting (MJ). However, nowadays, there is also a growing interest in the possibility of 3D-printing multi-material objects via Fused Deposition Modelling (FDM). This thesis explores the main process parameters affecting the adhesion at the interface of FDM printed multi-material samples. An experimental study based on tensile tests was setup. Five different thermoplastic filaments (PLA, PC, TPU, CPE and PP) were tested. First, the influence of the materials’ printing order was observed. Then, for the TPU-PC specimens, the influence of the layer height, infill density and printing speed was also observed. Finally, the effectiveness of mechanical interlock strategies was also studied to increase the adhesion strength. From the results an evidence of the correlation between the analysed parameters and the adhesion strength improvement was observed.

Grazie ai rapidi sviluppi tecnologici delle tecnologie di Additive Manufacturing (AM), in particolare negli ultimi anni, anche l’interesse per la stampa 3D multi-materiale sta crescendo di conseguenza. Nella stampa di materiali polimerici, la tecnologia più utilizzata per la stampa multi-materiale è la Material Jetting (MJ). Tuttavia, oggigiorno, si sta assistendo ad un crescente interesse anche verso la possibilità di produrre oggetti multi-materiale utilizzando la tecnologia Fused Deposition Modelling (FDM). La tesi esplora i principali parametri di processo che influiscono sull'adesione all'interfaccia di provini multi-materiale realizzati con tecnologia FDM. A tale scopo è stato condotto uno studio sperimentale basato su test di trazione. Sono stati testati cinque differenti filamenti termoplastici (PLA, PC, TPU, CPE and PP). Inizialmente, si è osservata l’influenza dell’ordine di stampa dei materiali. Successivamente, per i provini realizzati in TPU-PC, è stata inoltre esplorata l’influenza dell’altezza del layer, della percentuale di riempimento e della velocità di stampa. Infine, si è inoltre studiata l’efficacia di alcune strategie di mechanical interlocking per incrementare l’adesione. Dai risultati si è potuta osservare una correlazione tra i parametri analizzati e un incremento dell’adesione all'interfaccia.