Dip-coating with epoxy resins as a post-processing and finishing method for powder bed fusion parts

As Additive Manufacturing (AM) transitions to end-use production, post-processing coatings have become a necessity to ensure repeatable aesthetics and enhanced functional performance. At the same time, there is an increasing interest in the application of AM for mass-market end-products such as footwear and wearables utilizing elastomeric Powder Bed Fusion (PBF) materials. However, coating highly porous substrates with reactive fluids introduces complex multiphysics challenges. To isolate these fluid dynamics without the interference of substrate deformation, this thesis investigates the dip-coating of Polyamide 12 (PA12) samples printed via Multi Jet Fusion (MJF) as a stable, rigid baseline. By applying a flexible epoxy resin, the study maps the rheology changes, identifying an Impregnation Window before cross-linking triggers an exponential viscosity increase. Operating at low capillary numbers with extended dwell times (Max. Infiltration) enables complete saturation of the substrate via capillary imbibition. This strategy provides structural sealing with minimal dimensional growth (< 50 µm), and induces a hydrophilic shift. Conversely, high withdrawal speeds (Max. Coating) produce glossy but dimensionally uncontrolled films. From a theoretical perspective, the measured film thickness deviates from the classical Landau-Levich-Derjaguin (LLD) theory. A phenomenological mass-balance hypothesis demonstrates that the entrained film is continuously depleted by capillary imbibition and gravitational drainage. Low-viscosity infiltration creates a slip boundary condition, reducing film thickness while maintaining the scaling of the LLD theory. At high viscosities, a rheological thermal lock prematurely arrests drainage, entrapping air bubbles. Ultimately, this research provides a fundamental physical framework to transform dip-coating into a predictable and reliable AM post-processing method.

Con l’evoluzione della Manifattura Additiva (AM) verso la produzione in serie, i rivestimenti di post-processing risultano essenziali per garantire estetica ripetibile e funzionalità. Parallelamente, cresce l’interesse nel mercato per i materiali elastomerici (come il TPU) stampati via Powder Bed Fusion (PBF) ad esempio per calzature e wearables. Tuttavia, rivestire substrati porosi con fluidi reattivi pone sfide multifisiche complesse. Per isolare la fluidodinamica ed escludendo la deformazione del substrato, la tesi indaga il dip-coating di provini in Poliammide 12 (PA12) stampati via Multi Jet Fusion (MJF), utilizzati come alternativa rigida. Applicando una resina epossidica flessibile, si mappa l’evoluzione reologica identificando una Finestra di Impregnazione prima dell’incremento di viscosità causato dalla reticolazione. Operando a bassi numeri capillari con lunghi tempi d’immersione (Max. Infiltration) si saturano i pori tramite imbibizione. Ciò garantisce una sigillatura dei pori con una crescita dimensionale minima (< 50 µm). Viceversa, estrazioni rapide (Max. Coating) generano film lucidi ma dimensionalmente incontrollati. Un risultato chiave di questa analisi è che lo spessore misurato devia sistematicamente dalla teoria Landau-Levich-Derjaguin (LLD). Un’ipotesi fenomenologica di bilancio di massa dimostra che il film trascinato viene ridotto dall’imbibizione e dal drenaggio gravitazionale. L’infiltrazione a bassa viscosità crea una slip boundary condition, abbassando lo spessore assoluto pur preservando lo scaling LLD. Ad alte viscosità, un blocco termico arresta prematuramente il drenaggio, trappolando vuoti d’aria. Questa ricerca fornisce una descrizione fisica per trasformare il dip-coating in un post-processing prevedibile e affidabile.