Development of innovative fiber-reinforced photopolymers for additive manufacturing

Composites are a class of high-performance materials well established and widely adopted in the industry nowadays, thanks to their characteristic of combining features and peculiarities from different materials into a new, improved, one. The adoption of this technology could be beneficial for Cubicure’s lithography-based polymers 3D printing process, enhancing the performance of the additively manufactured products. The purpose of this master thesis is to investigate such opportunity, with the ambition to identify a set of valid composite materials that can enrich the Cubicure’s offer. The task consists in the definition of different types of fibers, focusing on short organic fibers, both synthetic and natural ones, in their addition to a matrix of photopolymers in proper fractions. Several specimens are printed, in order to test various fiber-matrix combinations. Multiple tests are then carried out to assess the mechanical and thermal properties of the materials, such as tensile test, impact test, DMA. The results show that in general fibers generate a significant increase in stiffness, but also a reduction of impact strength. The thermal properties are generally improved by fibers, while the tensile strength is not always enhanced.

I compositi sono una classe di materiali ad alte prestazioni ben consolidati e ampiamente adottati oggigiorno nell’industria, grazie alla loro caratteristica di combinare caratteristiche e peculiarità di materiali diversi in uno nuovo e migliorato. L’adozione di questa tecnologia potrebbe essere vantaggiosa per il processo di stampa 3D litografica di polimeri di Cubicure, migliorando le prestazioni dei prodotti fabbricati in modo additivo. Lo scopo di questa tesi magistrale è quello di indagare tale opportunità, con l’ambizione di identificare un insieme di validi materiali compositi che possano arricchire l’offerta di Cubicure. Il compito consiste nella definizione di diversi tipi di fibre, concentrandosi sulle fibre organiche corte, sia sintetiche che naturali, nella loro aggiunta ad una matrice di fotopolimeri in opportune frazioni. Vengono stampati diversi campioni per testare varie combinazioni fibra-matrice, ed effettuati molteplici test per valutare le proprietà meccaniche e termiche dei materiali, come prova di trazione, prova di impatto, DMA. I risultati mostrano come le fibre generino un significativo aumento di rigidezza, a spese però di una riduzione di resistenza all’impatto. Le proprietà termiche sono in genere migliorate, mentre la resistenza a trazione non sempre viene aumentata.