Optimization of the deposition head design

The purpose of this thesis work is to design and restructure a pre-existing extruder that can print a reinforced prepreg filament consisting of carbon fiber and PA12 fibers. The thesis work corresponds to previous experimental work that faced a notable setback due to the discontinuity in development of the project, and since the printing head had complex mounting features. The whole system is restructured to a more sustainable design profiting from flexibility and adaptability to future developments. The design apparatus consists of both mechanical structure design and electric circuit design. An experimental analysis is made for better assessing the efficiency of the feeding system, and few mechanical issues were observed. The durability of the feeding system shows that it is ephemeral, and the followed approach of the feeding system causes defects and carbon breaking of the deposited filament. In parallel, further experimental studies are performed on cutting the filament, the studies showed that the consolidated filament can be cut with a blade applying 72N force with an opposing shearing edge. The printing head further requires future development to better optimize the printing quality.

L’obiettivo di questo progetto di tesi consta nel progettare e nel riconfigurare un estrusore preesistetene, in grado di stampare un filamento pre-impregnato e rinforzato, composto da fibra di carbonio e fibre di PA12. Il lavoro di tesi verte su una esperienza sperimentale precedente che ha però subito una notevole battuta d'arresto causata dalla grave discontinuità durante gli anni del suo sviluppo, e dal fatto che la testina di stampa presentava delle caratteristiche di montaggio complesse. L'intero sistema è stato ristrutturato secondo un design più sostenibile che mira alla flessibilità e all'adattabilità per sviluppi futuri. L'apparato progettato consiste in una struttura meccanica ed in una parte riguardante l’elettronica dei circuiti. A seguito di un'accurata analisi sperimentale al fine di valutare al meglio l'efficienza del sistema di alimentazione, sono stati individuati pochi problemi meccanici. È stato riscontrato come la durata del sistema di alimentazione sia molto ridotta, e che l'approccio seguito da tale sistema provochi difetti e porti alla rottura delle fibre di carbonio del filamento depositato. Parallelamente, sono stati eseguiti ulteriori studi sperimentali sul taglio del filamento e tali studi hanno dimostrato che il filamento solidificato può essere reciso spingendolo contro un bordo di taglio tramite una pala che applica una forza di 72N. La testina di stampa richiederà ulteriori sviluppi futuri per ottimizzare al meglio la qualità della stampa.