IT201600082173A1 - POLYMERIZABLE MIXTURE, PRODUCTION PROCESS AND 3D PRINTING DEVICE FOR THE PRODUCTION OF A MANUFACTURE IN A GEOPOLYMERIC COMPOSITE MATERIAL, AND GEOPOLYMERIC COMPOSITE MATERIAL - Google Patents
POLYMERIZABLE MIXTURE, PRODUCTION PROCESS AND 3D PRINTING DEVICE FOR THE PRODUCTION OF A MANUFACTURE IN A GEOPOLYMERIC COMPOSITE MATERIAL, AND GEOPOLYMERIC COMPOSITE MATERIALInfo
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Description
MISCELA POLIMERIZZABILE, PROCESSO DI PRODUZIONE E DISPOSITIVO DI STAMPA 3D PER LA PRODUZIONE DI UN MANUFATTO IN UN MATERIALE COMPOSITO GEOPOLIM ERICO, E MATERIALE COMPOSITO GEOPOLIM ERICO CURABLE BLEND, PRODUCTION PROCESS AND 3D PRINTING DEVICE FOR THE PRODUCTION OF AN ARTIFACT IN A GEOPOLIM ERIC COMPOSITE MATERIAL, AND GEOPOLIM ERICO COMPOSITE MATERIAL
DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION
L’invenzione è relativa al settore dei materiali compositi geopolimerici. Tale settore comprende: tali materiali, i manufatti in detti materiali, le miscele polimerizzabili utilizzabili per realizzare detti materiali, ed i processi di produzione e le apparecchiature per la produzione dei detti manufatti. The invention relates to the field of geopolymer composite materials. This sector includes: such materials, the manufactured articles in said materials, the polymerizable mixtures which can be used to realize said materials, and the production processes and the equipment for the production of said manufactured articles.
I materiali compositi geopolimerici comprendono un geopolimero e dei materiali inerti, omogeneamente dispersi ed inglobati nel geopolimero. Per geopolimero si intende un materiale alluminosilicato sintetico a diversi gradi di cristallinità, ottenuto per reazione di una polvere di natura allumino silicatica (tipicamente un’argilla attivata, ossia calcinata artificialmente o naturalmente, in tal caso si usa la pozzolana, avente un contenuto in silice ed allumina superiore all’80% (S1O2+AI2O3> 80% peso) con una soluzione acquosa di idrossidi o con una soluzione acquosa contenente idrossidi e silicati alcalini. Tale reazione è una reazione di polimerizzazione, più specificatamente una policondensazione che dà luogo ad un polimero inorganico. I geopolimeri possono essere considerati “ceramiche” consolidate per reazione alcalina e non per sinterizzazione termica come per le comuni ceramiche. Geopolymer composite materials include a geopolymer and inert materials, homogeneously dispersed and incorporated into the geopolymer. By geopolymer we mean a synthetic aluminosilicate material with different degrees of crystallinity, obtained by reaction of an aluminum silicate powder (typically an activated clay, i.e. artificially or naturally calcined, in which case pozzolan is used, having a silica content and alumina higher than 80% (S1O2 + AI2O3> 80% weight) with an aqueous solution of hydroxides or with an aqueous solution containing alkaline hydroxides and silicates. This reaction is a polymerization reaction, more specifically a polycondensation which gives rise to a inorganic polymer Geopolymers can be considered “ceramics” consolidated by alkaline reaction and not by thermal sintering as for common ceramics.
Per ottenere i materiali compositi geopolimerici, i materiali inerti, sono mescolati a detta polvere e a detta soluzione acquosa e, ovviamente, non prendono parte alla reazione di policondensazione e non vi sono reazioni indesiderate tra questi ed il geopolimero. Essi comprendono delle cariche, ed opzionalmente degli additivi, utilizzabili per la produzione di ceramiche, che vengono scelti in base alle caratteristiche (meccaniche, termiche, estetiche, eco) che si vogliono conferire al materiale composito geopolimerico da produrre. To obtain the geopolymeric composite materials, the inert materials are mixed with said powder and said aqueous solution and, obviously, they do not take part in the polycondensation reaction and there are no unwanted reactions between them and the geopolymer. They include fillers, and optionally additives, which can be used for the production of ceramics, which are chosen on the basis of the characteristics (mechanical, thermal, aesthetic, eco) that are to be given to the geopolymeric composite material to be produced.
Solitamente, i materiali compositi geopolimerici sono utilizzati per la produzione di manufatti utilizzabili nell’edilizia civile, tipicamente per colaggio. La formatura di manufatti per colaggio comporta sprechi di materie prime, tempi di produzione lunghi, e l’attrezzaggio degli stampi, che sono sottoposti ad una notevole usura. I materiali attualmente utilizzati per realizzare dei contenitori per la produzione e lo stoccaggio di alimenti e/o bevande aventi un relativo grado di acidità, come olio, birra, vino ed aceto, sono la ceramica classica (ove per classica si intende ceramica sottoposta a sinterizzazione termica ad alta temperatura, tipicamente fra 800 - 1700 °C), il cemento, l'acciaio, la vetroresina, e il legno. Tipicamente tali contenitori sono degli orci o delle botti, o delle botticelle tipicamente da circa 250 litri, denominate “barrique”. Queste ultime sono utilizzate per lo più per la maturazione di vini e/o liquori pregiati. Usually, geopolymer composite materials are used for the production of products that can be used in civil construction, typically for casting. The forming of casting products involves waste of raw materials, long production times, and the tooling of the molds, which are subjected to considerable wear. The materials currently used to make containers for the production and storage of food and / or drinks with a relative degree of acidity, such as oil, beer, wine and vinegar, are classical ceramics (where classical means ceramics subjected to sintering high temperature thermal, typically between 800 - 1700 ° C), concrete, steel, fiberglass, and wood. Typically these containers are jars or barrels, or barrels typically of about 250 liters, called "barriques". The latter are mostly used for the aging of fine wines and / or liqueurs.
Gli orci in ceramica classica, in cemento o in vetroresina vengono realizzati con elevata incidenza di manodopera manuale e pertanto presentano tempi di realizzazione relativamente lunghi e la necessità di ricorrere a processi di cottura e/o di finitura manuale. Inoltre, le ceramiche classiche richiedono l'applicazione di finiture di tipo vetroso con alti contenuti di metalli pesanti, tipicamente piombo, cadmio, selenio, che possono essere rilasciate ai liquidi contenuti. Il cemento ha altresì una limitata resistenza all’acidità di detti liquidi contenuti con la possibilità di rilascio di componenti del cemento stesso. La stessa vetroresina non è completamente inerte all’acidità di detti alimenti e/o bevande comportando lo svantaggio di potenziali contaminazioni dei liquidi contenuti. Per quanto riguarda i contenitori in acciaio, la relativa produzione comporta un costo elevato, e un notevole utilizzo di energia. Inoltre l’acciaio è suscettibile a fenomeni di passivazione e/o ossidazione con rilascio di sostanze tossiche e/o nocive ai liquidi contenuti. Il legno è purtroppo un materiale organico, pertanto è soggetto un deterioramento organico e può essere fonte di contaminazioni batteriche e/o di fenomeni di crescita batterica con conferimento di caratteristiche organolettiche indesiderate ai liquidi contenuti nei relativi contenitori. The classic ceramic, cement or fiberglass jars are made with a high incidence of manual labor and therefore have relatively long production times and the need to resort to cooking and / or manual finishing processes. Furthermore, classical ceramics require the application of glass-like finishes with high contents of heavy metals, typically lead, cadmium, selenium, which can be released to the liquids contained. The cement also has a limited resistance to the acidity of said liquids contained with the possibility of releasing components of the cement itself. The fiberglass itself is not completely inert to the acidity of said foods and / or beverages, resulting in the disadvantage of potential contamination of the liquids contained. As for the steel containers, the relative production involves a high cost, and a considerable use of energy. Furthermore, steel is susceptible to passivation and / or oxidation phenomena with the release of toxic and / or harmful substances to the liquids contained. Unfortunately, wood is an organic material, therefore it is subject to organic deterioration and can be a source of bacterial contamination and / or bacterial growth phenomena with the conferment of unwanted organoleptic characteristics to the liquids contained in the relative containers.
L’invenzione si prefigge lo scopo di superare gli inconvenienti dei citati contenitori per la produzione e stoccaggio e dei relativi materiali con cui sono stati realizzati. In particolare un obiettivo dell’invenzione è di consentire la produzione e lo stoccaggio alimenti e/o bevande aventi un relativo grado di acidità, come olio, birra, vino ed aceto, in contenitori inerti, di facile, veloce ed economica realizzazione, che comportino: un basso dispendio di energia e una corrispondente bassa emissione di C02; degli scarti di produzione e rifiuti quasi nulli, e che siano biocompatibili, riciclabili e che non implichino particolari rischi per la sicurezza sia in fase della loro produzione che del loro utilizzo. The invention aims to overcome the drawbacks of the aforementioned containers for production and storage and the related materials with which they were made. In particular, an object of the invention is to allow the production and storage of foods and / or drinks having a relative degree of acidity, such as oil, beer, wine and vinegar, in inert containers, which are easy, fast and economical to make, which involve : a low energy expenditure and a corresponding low C02 emission; of production waste and almost zero waste, and that are biocompatible, recyclable and that do not involve particular safety risks both in their production and in their use.
I suddetti scopi ed obiettivi sono stati ottenuti mediante una miscela polimerizzabile in accordo con il contenuto della rivendicazione 1, un processo di produzione e dispositivo di stampa 3D per la produzione di un manufatto in un materiale composito geopolimerico, in accordo, rispettivamente, con il contenuto della rivendicazione 7 e 11 e con materiale composito geopolimerico in accordo con la rivendicazione 15. The aforementioned purposes and objectives have been achieved by means of a polymerizable mixture in accordance with the content of claim 1, a production process and 3D printing device for the production of an artifact in a geopolymeric composite material, in accordance, respectively, with the content of claims 7 and 11 and with a geopolymeric composite material in accordance with claim 15.
Infatti, tale miscela polimerizzabile presenta l’enorme vantaggio di essere stampabile in 3D, attuando il processo rivendicato tramite il dispositivo di stampa 3D secondo l'invenzione consentendo l'ottenimento di un manufatto realizzato nel materiale composito geopolimerico in accordo con l’invenzione. Pertanto tramite l’invenzione sono conseguibili tutti i vantaggi relativi alla stampa in 3D, in particolare: la velocità e la versatilità di formatura (poiché consente di realizzare manufatti di qualsiasi forma in tempi brevi, e con tempi di cambio formato e di cambio prodotto praticamente nulli). Inoltre secondo l’invenzione vi è un’assenza quasi totale di scarti e di stampi, a differenza dei processi di formatura per colaggio, solitamente utilizzati con le miscele polimerizzanti di tipo noto che attualmente sono utilizzate per la realizzazione di manufatti per edilizia in un materiale composito geopolimerico di tipo noto. Si noti che miscele polimerizzanti per la produzione di un materiale composito geopolimerico di tipo noto non sono idonee ad essere stampate in 3D. In fact, this polymerizable mixture has the enormous advantage of being 3D printable, by implementing the claimed process through the 3D printing device according to the invention, allowing the obtaining of an artifact made of geopolymeric composite material in accordance with the invention. Therefore, through the invention, all the advantages relating to 3D printing are achievable, in particular: the speed and versatility of forming (since it allows the creation of products of any shape in a short time, and with practically changeover times and product changeover times. null). Furthermore, according to the invention, there is an almost total absence of waste and molds, unlike the casting molding processes, usually used with the polymerizing mixtures of the known type which are currently used for the production of building products in a material geopolymer composite of known type. Note that curing blends for the production of a known geopolymer composite material are not suitable for 3D printing.
Il materiale composito geopolimerico secondo l’invenzione è biocompatibile, sicuro dal punto di vista alimentare ed è riciclabile. Inoltre la realizzazione di manufatto in detto materiale comporta l’utilizzo di materie prime non pericolose, un bassissimo consumo di energia e quindi bassissime emissioni di C02. The geopolymer composite material according to the invention is biocompatible, safe from a food point of view and is recyclable. Furthermore, the creation of a product in said material involves the use of non-hazardous raw materials, a very low energy consumption and therefore very low C02 emissions.
I richiedenti hanno dimostrato che la presenza delle fibre di cellulosa e della chitina e/o chitosano nella miscela polimerizzante in accordo con l’invenzione e il riscaldamento previsto nel processo di produzione rivendicato permette la formatura tramite stampa in 3D. Si presume che tali componenti in fase di polimerizzazione promuovano la reologia della miscela polimerizzante idonea per la stampa 3D. In tal modo si rende plastica tale miscela polimerizzabile e se ne promuove la stabilità strutturale. In particolare si presume che la chitina e il chitosano siano responsabili della formazione accelerata di un co-reticolo cristallino in cui è presente il geopolimero e che conferisce alla miscela polimerizzante caratteristiche tali da renderla stampabile in 3D. The applicants have shown that the presence of cellulose fibers and chitin and / or chitosan in the polymerizing mixture in accordance with the invention and the heating provided for in the claimed production process allows forming by 3D printing. These curing components are assumed to promote the rheology of the curing blend suitable for 3D printing. In this way, this polymerizable mixture is made plastic and its structural stability is promoted. In particular, it is assumed that chitin and chitosan are responsible for the accelerated formation of a crystalline co-lattice in which the geopolymer is present and which gives the polymerizing mixture characteristics such as to make it 3D printable.
Contrariamente a qualsiasi manufatto in un materiale ceramico, che può essere attualmente prodotto tramite stampa in 3D, la produzione di un manufatto nel materiale composito geopolimerico in accordo con l'invenzione non prevede alcun processo di cottura, poiché per completare la polimerizzazione della miscela polimerizzabile rivendicata, è sufficiente una temperatura inferiore a 60°C, e per la polimerizzazione totale è previsto un tempo di circa 28 giorni, necessario per il completamento della conversione del metacaolino e miscela di silicati in una struttura geopolimerica cristallina. Contrary to any artifact in a ceramic material, which can currently be produced by 3D printing, the production of an artifact in the geopolymer composite material in accordance with the invention does not provide for any firing process, since to complete the polymerization of the claimed polymerizable mixture , a temperature lower than 60 ° C is sufficient, and for the total polymerization a time of about 28 days is foreseen, necessary for the completion of the conversion of the metakaolin and mixture of silicates into a crystalline geopolymer structure.
In aggiunta, va notato che il materiale composito geopolimerico secondo l'invenzione non permette la formazione o il deposito di calcare sulla relativa superficie ed è particolarmente inerte alle condizioni acide o basiche. Pertanto risulta essere particolarmente idoneo per la produzione di contenitori per la produzione e/o lo stoccaggio dei citati alimenti e/o bevande acidi e può essere utilizzato in particolare per contenere la produzione di vino, birra, aceto e olio. Infatti, in accordo con l’invenzione, è possibile realizzare un manufatto in detto materiale composito geopolimerico seguendo le buone pratiche di produzione relative ai contenitori per alimenti. In addition, it should be noted that the geopolymeric composite material according to the invention does not allow the formation or deposit of limestone on the relative surface and is particularly inert under acid or basic conditions. Therefore it is particularly suitable for the production of containers for the production and / or storage of the aforementioned acidic foods and / or drinks and can be used in particular to contain the production of wine, beer, vinegar and oil. In fact, in accordance with the invention, it is possible to make an artifact in said geopolymer composite material by following good production practices relating to food containers.
Forme di attuazione e realizzazione specifiche dell’invenzione saranno descritte nel seguito della presente trattazione, in accordo con quanto riportato nelle rivendicazioni e con l’ausilio delle allegate tavole di disegno, nelle quali: Specific forms of implementation and realization of the invention will be described later in this discussion, in accordance with what is reported in the claims and with the aid of the attached drawing tables, in which:
- la figura 1 è una vista prospettica schematica di un dispositivo di stampa 3D secondo l'invenzione; e Figure 1 is a schematic perspective view of a 3D printing device according to the invention; And
- la figura 2 è una vista frontale schematica di alcuni componenti del dispositivo di stampa 3D di figura 1. Figure 2 is a schematic front view of some components of the 3D printing device of Figure 1.
La miscela polimerizzabile secondo l'invenzione è utilizzabile per la produzione di un materiale composito geopolimerico in accordo con l’invenzione. Detta miscela polimerizzabile comprende (e, preferibilmente, è costituita da) i seguenti componenti in polvere: metacaolino, avente relative particelle di dimensioni minori a 11 pm; silicato di potassio; silicato di sodio; silicato di litio, chitina e/o chitosano; fibre di cellulosa; cariche e/o additivi inerti, utilizzabili per la produzione di ceramica, e acqua. The polymerizable mixture according to the invention can be used for the production of a geopolymer composite material in accordance with the invention. Said polymerizable mixture comprises (and, preferably, consists of) the following powder components: metakaolin, having relative particles smaller than 11 µm; potassium silicate; sodium silicate; lithium silicate, chitin and / or chitosan; cellulose fibers; fillers and / or inert additives, usable for the production of ceramics, and water.
Per diminuire i tempi di stampa 3D della miscela polimerizzabile secondo l’invenzione è via via preferibile, nel seguente ordine, che almeno il 30%, 40% o 50% delle particelle del metacaolino abbia dimensioni inferiori ai 2 pm. To reduce the 3D printing times of the polymerizable mixture according to the invention, it is gradually preferable, in the following order, that at least 30%, 40% or 50% of the metakaolin particles have dimensions below 2 pm.
Tale miscela polimerizzabile può essere vantaggiosamente utilizzata in un processo di produzione di un manufatto nel materiale composito geopolimerico secondo l’invenzione, che ovviamente comporta la realizzazione di detto materiale composito geopolimerico. Quest’ultimo, che chiaramente comprende il relativo geopolimero, è ottenibile per polimerizzazione di detta miscela polimerizzabile e comprende chitina, e/o chitosano, e fibre di cellulosa. Ciò lo caratterizza rispetto ai materiali compositi geopolimerici della tecnica nota. This polymerizable mixture can be advantageously used in a production process of an artifact in the geopolymer composite material according to the invention, which obviously involves the production of said geopolymeric composite material. The latter, which clearly includes the related geopolymer, can be obtained by polymerization of said polymerizable mixture and includes chitin, and / or chitosan, and cellulose fibers. This characterizes it with respect to the geopolymeric composite materials of the known art.
Il processo di produzione in accordo con l’invenzione comprendente le seguenti fasi: The production process in accordance with the invention comprising the following stages:
- preparare una miscela polimerizzabile in accordo con l’invenzione; - prepare a polymerizable mixture in accordance with the invention;
- formare un primo manufatto dosando in continuo detta miscela polimerizzabile preparata ed scaldando in continuo la miscela polimerizzabile mentre viene dosata e/o non appena dosata, in modo tale che la temperatura locale della miscela polimerizzabile, non appena scaldata, sia inferiore od uguale a 80 °C (preferibilmente 60 °C); - forming a first manufactured article by continuously dosing said prepared polymerizable mixture and continuously heating the polymerizable mixture while it is being dosed and / or as soon as dosed, so that the local temperature of the polymerizable mixture, as soon as it is heated, is lower than or equal to 80 ° C (preferably 60 ° C);
- una volta formato il primo manufatto, completare la polimerizzazione della relativa miscela polimerizzabile ad una temperatura compresa tra i 35 °C - 65 °C per ottenere un secondo manufatto in detto materiale composito geopolimerico avente la stessa conformazione di detto primo manufatto. Vantaggiosamente tale fase viene effettuata ad una temperatura compresa fra e 40 °C e 60 °C che consente di velocizzare la polimerizzazione ottenendo, nel contempo un materiale composito geopolimerico strutturalmente uniforme. - once the first manufactured article has been formed, complete the polymerization of the relative polymerizable mixture at a temperature between 35 ° C - 65 ° C to obtain a second manufactured article in said geopolymeric composite material having the same conformation as said first manufactured article. Advantageously, this step is carried out at a temperature between 40 ° C and 60 ° C which allows to speed up the polymerization while obtaining a structurally uniform geopolymeric composite material.
Risulta quindi preferito un manufatto realizzato in un materiale composito geopolimerico in accordo con l'invenzione ottenibile tramite un processo di produzione secondo l'invenzione, in particolare quando si tratta di un contenitore per lo stoccaggio di alimenti, più specificatamente quando si tratta di un orcio, o è conformato come una botte o come una barrique. An article made of a geopolymeric composite material in accordance with the invention, obtainable through a production process according to the invention, is therefore preferred, in particular when it is a container for the storage of food, more specifically when it is a jar. , or it is shaped like a barrel or like a barrique.
Risulta evidente che il dispendio di energia per la realizzazione di detto manufatto è particolarmente basso, poiché non prevede nessun processo di cottura e può essere realizzato con attrezzature semplici ed economiche. Infatti, tale processo può essere attuato con un dispositivo 10 di stampa 3D, in accordo con l’invenzione che comprende: It is evident that the expenditure of energy for the production of said product is particularly low, since it does not require any cooking process and can be carried out with simple and economical equipment. In fact, this process can be implemented with a 3D printing device 10, in accordance with the invention which includes:
- almeno un serbatoio 11, 12; - at least one tank 11, 12;
- una testina 1 di stampa comprendente un alloggiamento 13 alimentabile da detto serbatoio 11, 12 e un ugello 2 di stampa alimentabile da detto alloggiamento 13, detta testina 1 di stampa essendo azionabile per stampare un materiale in 3D; e - mezzi scaldanti 3 disposti in prossimità deN’ugello 2 di stampa ed azionabili per scaldare ad una temperatura inferiore od uguale a 80°C un materiale stampabile in 3D mentre viene dosato e/o non appena dosato da detto ugello di stampa. - a print head 1 comprising a housing 13 which can be fed from said tank 11, 12 and a print nozzle 2 which can be fed from said housing 13, said print head 1 being operable to print a material in 3D; and - heating means 3 arranged near the printing nozzle 2 and operable to heat a 3D printable material at a temperature lower than or equal to 80 ° C while it is being dosed and / or as soon as dosed by said printing nozzle.
Come visibile nella figura 1, il dispositivo 10 di stampa 3D può comprendere una base 40 su cui formare il primo manufatto, una testina 1 di stampa supportata da un telaio 41 e movimentabile nelle tre direzioni tramite appositi mezzi di movimentazione 42. Si noti che, in accordo con l'invenzione, la formatura di un contenitore cilindrico, avente ad esempio una di base ed un’altezza 20 cm, ha una durata di esecuzione di circa 30 - 40’. As can be seen in Figure 1, the 3D printing device 10 can comprise a base 40 on which to form the first product, a printing head 1 supported by a frame 41 and movable in three directions by means of suitable handling means 42. Note that, according to the invention, the forming of a cylindrical container, having for example a base and a height of 20 cm, has a duration of execution of about 30 - 40 '.
Preferibilmente detta testina di stampa è predisposta per la stampa per estrusione. La miscela polimerizzante inizia a polimerizzarsi quando il metacaolino entra a contatto con i silicati di sodio e/o litio e/o potassio in presenza di acqua, ma non si tratta di una reazione immediata. Ogni miscela polimerizzante ha un determinato tempo di presa, oltre il quale la reazione di polimerizzazione è progredita al punto che non è possibile convogliare tale miscela polimerizzante. Per attuare il processo summenzionato è pertanto possibile caricare in detto serbatoio 11, 12 una quantità di miscela polimerizzante tale da realizzare un determinato manufatto in una fase di stampa della durata inferiore al relativo tempo di presa. Tipicamente le miscele polimerizzabili secondo l’invenzione hanno un tempo di presa di circa 30- 40’, pertanto, attuando il metodo in accordo con la rivendicazione indipendente, è possibile stampare dei manufatti che richiedono un tempo di stampa inferiore a tale tempo di presa settando opportunamente il diametro deN’ugello e il flusso di miscela polimerizzabile che giunge aN’ugello stesso. Preferably, said print head is arranged for printing by extrusion. The curing mixture begins to polymerize when the metakaolin comes into contact with sodium and / or lithium and / or potassium silicates in the presence of water, but this is not an immediate reaction. Each curing mixture has a certain setting time, beyond which the curing reaction has progressed to the point that it is not possible to convey this curing mixture. In order to carry out the aforementioned process, it is therefore possible to load in said tank 11, 12 a quantity of polymerizing mixture such as to produce a certain article in a printing phase lasting less than the relative setting time. Typically, the polymerizable mixtures according to the invention have a setting time of about 30-40 ', therefore, by implementing the method in accordance with the independent claim, it is possible to print products that require a printing time lower than this setting time by setting suitably the diameter of the nozzle and the flow of polymerizable mixture that reaches the nozzle itself.
Vantaggiosamente i mezzi scaldanti 3 sono solidali alla testina 1 di stampa, in particolare aN’ugello, e preferibilmente sono predisposti per scaldare almeno la parte terminale 18 deN’ugello di stampa 1. Come visibile nella figura 2, può essere previsto un braccio 8 che collega rigidamente i mezzi scaldanti 3 alla testina 1 di stampa. Preferibilmente la parte terminale dell’ugello di stampa dipinta esternamente di colore nero per favorire l'assorbimento del calore emesso dai mezzi scaldanti 3. Advantageously, the heating means 3 are integral with the print head 1, in particular with the nozzle, and are preferably arranged to heat at least the terminal part 18 of the printing nozzle 1. As can be seen in Figure 2, an arm 8 can be provided which rigidly connects the heating means 3 to the print head 1. Preferably the terminal part of the printing nozzle painted black on the outside to facilitate the absorption of the heat emitted by the heating means 3.
Secondo una forma di attuazione del processo di produzione in accordo l'invenzione rivendicazione, la fase formazione del primo manufatto viene effettuata dosando in continuo detta miscela polimerizzabile preparata manufatto viene effettuata dosando in continuo detta miscela polimerizzabile preparata e scaldando irraggiando con infrarossi a bassa potenza, preferibilmente a bassa frequenza ossia in un intervallo di lunghezze d’onda comprese in 0,72 -1,5 pm. Corrispondentemente, è preferibile che, nel dispositivo 10 di stampa 3D in accordo con l’invenzione, i detti mezzi scaldanti 3 comprendano un dispositivo 3 di irraggiamento ad infrarossi azionabile per irraggiare un materiale stampato daN’ugello 2 di stampa mentre viene dosato e/o non appena dosato. In tal modo è possibile scaldare sia l’ugello di stampa (ossia la miscela polimerizzante mentre viene dosata) che la miscela polimerizzante non appena dosata. Tale dispositivo 3 di irraggiamento ad infrarossi può comprendere almeno un diodo ad infrarossi. Considerando le tipiche dimensioni degli ugelli di stampa, è via via preferibile, nel seguente ordine, che i mezzi scaldanti, in particolare il dispositivo 3 di irraggiamento ad infrarossi, forniscano energia compresa nei seguenti intervalli a 2,76 x 10<'19>J - 1 ,33 x 10<'19>J; 2,21 x 10<19>J - 1 ,52 x 10<19>J; e 1 ,99 x 10<19>J e 1 ,80 x IO<'19>J. According to an embodiment of the production process in accordance with the invention and claim, the formation step of the first article is carried out by continuously dosing said polymerizable mixture prepared article is carried out by continuously dosing said polymerizable mixture prepared and heating by irradiating with low power infrared, preferably at low frequency, ie in a range of wavelengths comprised within 0.72 -1.5 µm. Correspondingly, it is preferable that, in the 3D printing device 10 according to the invention, said heating means 3 comprise an infrared irradiation device 3 which can be operated to irradiate a printed material from the printing nozzle 2 while it is being dosed and / or as soon as dosed. In this way it is possible to heat both the printing nozzle (ie the polymerizing mixture while it is being dosed) and the polymerizing mixture as soon as it is dosed. This infrared irradiation device 3 can comprise at least one infrared diode. Considering the typical dimensions of the printing nozzles, it is gradually preferable, in the following order, that the heating means, in particular the infrared irradiation device 3, supply energy in the following ranges at 2.76 x 10 <'19> J - 1.33 x 10 <'19> J; 2.21 x 10 <19> J - 1.52 x 10 <19> J; and 1.99 x 10 <19> J and 1.80 x 10 <'19> J.
Risulta particolarmente preferibile che in detta miscela polimerizzante almeno il 50% delle fibre di cellulosa abbiamo una relativa lunghezza uguale od inferiore a 100 μΐτι e/o detto chitosano abbia un grado di deacetilazione uguale o maggiore ad 80 %, più preferibilmente 85%. It is particularly preferable that in said polymerizing mixture at least 50% of the cellulose fibers have a relative length equal to or less than 100 μΐτι and / or said chitosan has a degree of deacetylation equal to or greater than 80%, more preferably 85%.
Preferibilmente detta chitina e/o chitosano sono presenti in detta miscela polimerizzabile in una relativa percentuale, calcolata in peso/peso rispetto al totale della miscela polimerizzabile deN'1 - 5%, più preferibilmente dell’ 1 - 3 %. Si presuppone che essi siano responsabili della formazione accelerata di un coreticolo cristallino in cui è presente il geopolimero accelerando in tal modo la formazione del primo manufatto, ossia i tempi di stampa. Inoltre, è preferibile che tale miscela polimerizzabile comprenda una percentuale di fibre di cellulosa, calcolata in peso/peso rispetto al totale della miscela polimerizzabile, dell’1 - 3%, più preferibilmente dell’1 - 1,15%. Preferably said chitin and / or chitosan are present in said polymerizable mixture in a relative percentage, calculated by weight / weight with respect to the total of the polymerizable mixture of 1 - 5%, more preferably 1 - 3%. It is assumed that they are responsible for the accelerated formation of a crystalline coreticle in which the geopolymer is present, thus accelerating the formation of the first artifact, ie the printing times. Furthermore, it is preferable that this polymerizable mixture includes a percentage of cellulose fibers, calculated in weight / weight with respect to the total of the polymerizable mixture, of 1 - 3%, more preferably of 1 - 1.15%.
Corrispondentemente, risulta preferito un materiale composito geopolimerico in accordo con l’invenzione che comprende chitina e/o chitosano in una relativa percentuale dell’1 - 5 %, preferibilmente dell’ 1 - 3 %, e fibre di cellulosa in una relativa percentuale dell’1 - 3%, preferibilmente 1 - 1,5 %, dove le percentuali sono calcolate in peso/peso rispetto al totale del materiale composito geopolimerico, perché ciò semplifica la produzione del relativo manufatto in detto materiale. Correspondingly, a geopolymeric composite material according to the invention is preferred which comprises chitin and / or chitosan in a relative percentage of 1 - 5%, preferably 1 - 3%, and cellulose fibers in a relative percentage of 1 - 3%, preferably 1 - 1.5%, where the percentages are calculated by weight / weight with respect to the total of the geopolymeric composite material, because this simplifies the production of the related product in said material.
Considerando la formula generale di un silicato di un metallo alcalino data da: x Si02* M20, in cui M è il relativo metallo alcalino ed x è rapporto molare fra le moli Si02e le moli M20, in accordo con un aspetto preferito della presente invenzione detti silicato di potassio, silicato di sodio e silicato di litio hanno preferibilmente un relativo rapporto molare inferiore, rispettivamente a 2, 3 e 4. Secondo una forma di realizzazione particolarmente preferita, detti componenti sono presenti nelle percentuali riportate nella tabella 1 e calcolate in peso/peso rispetto al totale della miscela polimerizzabile. Considering the general formula of an alkali metal silicate given by: x Si02 * M20, where M is the relative alkali metal and x is the molar ratio between the moles Si02 and the moles M20, in accordance with a preferred aspect of the present invention called potassium silicate, sodium silicate and lithium silicate preferably have a relative molar ratio lower than 2, 3 and 4 respectively. According to a particularly preferred embodiment, said components are present in the percentages reported in table 1 and calculated by weight / weight with respect to the total of the polymerizable mixture.
- metacaolino in polvere: 15 - 45 %, più preferibilmente 15 - 25 %; - somma delle percentuali di: 10 - 32 %, più preferibilmente 10 - 18 %; silicato di potassio, silicato di - powdered metakaolin: 15 - 45%, more preferably 15 - 25%; - sum of the percentages of: 10 - 32%, more preferably 10 - 18%; potassium silicate, silicate of
sodio e silicato di litio: sodium and lithium silicate:
- chitina e/o chitosano: 1 - 5 %, più preferibilmente 1 - 3%; - fibre di cellulosa: 1 - 3%, più preferibilmente 1 - 1,5%; - cariche e/o additivi inerti: 34 - 79 %, più preferibilmente 34 - 50,5%; e - acqua q.b. a 100 %. q.b. a 100 %. - chitin and / or chitosan: 1 - 5%, more preferably 1 - 3%; - cellulose fibers: 1 - 3%, more preferably 1 - 1.5%; - fillers and / or inert additives: 34 - 79%, more preferably 34 - 50.5%; and - water to taste at 100%. q.s. at 100%.
Tabella 1 Table 1
In ogni forma di realizzazione della miscela polimerizzabile, detto metacaolino in polvere ha preferibilmente una distribuzione granulometrica in cui almeno il 50% delle particelle ha dimensioni inferiori ai 2 pm e, preferibilmente, mostra attività pozzolanica (misurata con il test di Chapelle) non inferiore ai 1200 mg di Ca(OH)2per grammo di metacaolino. Ciò aumenta notevolmente la superficie specifica del metacaolino, rendendolo particolarmente reattivo, e diminuisce i tempi di ottenimento del materiale geopolimerico secondo l’invenzione, e conseguentemente anche del manufatto in detto materiale. In each embodiment of the polymerizable mixture, said metakaolin in powder preferably has a particle size distribution in which at least 50% of the particles have dimensions below 2 µm and, preferably, exhibit pozzolanic activity (measured with the Chapelle test) not lower than 1200 mg of Ca (OH) 2 per gram of metakaolin. This greatly increases the specific surface of the metakaolin, making it particularly reactive, and decreases the times of obtaining the geopolymeric material according to the invention, and consequently also of the manufactured article in said material.
Risulta preferibile che la miscela polimerizzabile comprenda detti silicati nelle seguenti percentuali, calcolate in peso/peso rispetto al totale della miscela polimerizzabile: It is preferable that the polymerizable mixture comprises said silicates in the following percentages, calculated by weight / weight with respect to the total of the polymerizable mixture:
- silicato di potassio: 7,5 - 22,5 %, più preferibilmente 7,5 - 12,5 %; - silicato di sodio: 2 - 6 %, più preferibilmente 5 - 4%; e - potassium silicate: 7.5 - 22.5%, more preferably 7.5 - 12.5%; - sodium silicate: 2 - 6%, more preferably 5 - 4%; And
- silicato di litio: 1 - 1,5 %, più preferibilmente 0,5 - 1 %. - lithium silicate: 1 - 1.5%, more preferably 0.5 - 1%.
Ciò consente di abbreviare i tempi di polimerizzazione della miscela polimerizzabile. La presenza dei tre silicati, di potassio, sodio e litio, in particolare nelle quantità suindicate, conferisce al manufatto finale particolari doti di resistenza meccanica non altrimenti ottenibili dall'impiego di un singolo silicato. In ogni forma di realizzazione della miscela polimerizzabile detti cariche e/o additivi inerti possono comprendere mica una relativa percentuale, dello 0,2 - 2 % (via via più preferibilmente, nel seguente ordine a 0,2 - 0,4 % 1,3 - 1,8 % e 1,5 %), calcolata in peso/peso rispetto al totale della miscela polimerizzabile. This allows to shorten the polymerization times of the polymerizable mixture. The presence of the three silicates, potassium, sodium and lithium, in particular in the quantities indicated above, gives the final product particular qualities of mechanical resistance not otherwise obtainable by the use of a single silicate. In each embodiment of the polymerizable mixture said fillers and / or inert additives may comprise a relative percentage, of 0.2 - 2% (gradually more preferably, in the following order at 0.2 - 0.4% 1,3 - 1.8% and 1.5%), calculated by weight / weight with respect to the total of the polymerizable mixture.
Ciò consente di ridurre la riduzione della porosità finale del materiale geopolimerico consentendo di realizzare un contenitore per alimenti in detto materiale, la cui parete interna di contenimento può non essere sottoposta ad ulteriori lavorazioni, quali ad esempio un processo di smaltatura analogo a quello relativo alle stoviglie in porcellana. Pertanto, si semplifica ulteriormente il processo di produzione di detto contenitore, diminuendo maggiormente i relativi tempi, costi, manodopera e semplificando le attrezzature relative alla sua produzione. This allows to reduce the reduction of the final porosity of the geopolymeric material allowing to create a food container in said material, whose internal containment wall can not be subjected to further processing, such as for example an enamelling process similar to that relating to dishes. in porcelain. Therefore, the production process of said container is further simplified, further reducing the relative times, costs, labor and simplifying the equipment relating to its production.
Per realizzare la miscela polimerizzabile secondo l'invenzione, la mica può essere utilizzata tal quale. In alternativa, si può utilizzare la Ball Clay, altresì nota come altresì denominata “Terra Arancio Dolce” o “Terra Sigillata”. Ciò, poiché la Ball Clay è un’argilla sedimentaria caolinica che è essenzialmente costituita dal 20 - 80 % di caolinite, dal 10 - 25 % di mica e dal 5 - 65 % di quarzo. Pertanto la miscela polimerizzabile secondo l'invenzione può comprendere Ball Clay in una relativa percentuale, calcolata in peso/peso rispetto al totale della miscela polimerizzabile, deN’1 - 5%, più preferibilmente dell’1 - 2%, vantaggiosamente 1,25 - 1,5%. To make the polymerizable mixture according to the invention, the mica can be used as it is. Alternatively, you can use the Ball Clay, also known as also called “Terra Arancio Dolce” or “Terra Sigillata”. This is because Ball Clay is a sedimentary kaolin clay which is essentially made up of 20 - 80% kaolinite, 10 - 25% mica and 5 - 65% quartz. Therefore, the polymerizable mixture according to the invention can comprise Ball Clay in a relative percentage, calculated by weight / weight with respect to the total of the polymerizable mixture, of 1 - 5%, more preferably 1 - 2%, advantageously 1.25 - 1.5%.
Risulta preferito un materiale composito geopolimerico secondo l’invenzione comprendente ulteriormente mica, in particolare in una relativa percentuale, in peso/peso di 0,2 - 2%, più preferibilmente di 0,2 - 0,4 %, vantaggiosamente di 1 ,3 - 1,8 %. La presenza di mica nel materiale composito geopolimerico secondo l’invenzione può essere facilmente verificata tramite specifiche analisi. A geopolymeric composite material according to the invention is preferred which further comprises mica, in particular in a relative percentage, by weight / weight of 0.2 - 2%, more preferably of 0.2 - 0.4%, advantageously of 1, 3 - 1.8%. The presence of mica in the geopolymeric composite material according to the invention can be easily verified through specific analyzes.
Risulta preferibile che nella miscela polimerizzabile in accordo con l’invenzione, detti cariche e/o additivi inerti comprendano almeno uno degli ulteriori seguenti componenti, nelle seguenti rispettive percentuali, calcolate in peso/peso rispetto al totale della miscela polimerizzabile: It is preferable that in the polymerizable mixture in accordance with the invention, said fillers and / or inert additives include at least one of the following additional components, in the following respective percentages, calculated by weight / weight with respect to the total of the polymerizable mixture:
- mullite 20 - 40 %, più preferibilmente 20 - 30 %; - mullite 20 - 40%, more preferably 20 - 30%;
- quarzo 10 - 25 %, più preferibilmente 10 — 15 %; - quartz 10 - 25%, more preferably 10 - 15%;
- feldspato di sodio 1 - 3 %, più preferibilmente 1 - 2%; - sodium feldspar 1 - 3%, more preferably 1 - 2%;
- feldspato di potassio 1 - 3 %, più preferibilmente 1 - 2 %; e - potassium feldspar 1 - 3%, more preferably 1 - 2%; And
- silicato di zirconio 1 - 3%, più preferibilmente 1 - 1,5%. - 1 - 3% zirconium silicate, more preferably 1 - 1.5%.
In particolare la presenza della mullite conferisce un’elevata stabilità termica alla fiamma ed un’elevatissima resistenza meccanica del materiale composito geopolimerico ottenibile con le miscele in accordo con l’invenzione che la comprendono. In particolare, la mullite consente al materiale composito geopolimerico secondo l’invenzione, di non surriscaldarsi. Per tal motivo quest’ultimo risulta particolarmente idoneo per i contenitori per alimenti che prevedano una fermentazione comportante produzione di calore. In particular, the presence of mullite confers a high thermal stability to flame and a very high mechanical resistance of the geopolymeric composite material obtainable with the mixtures in accordance with the invention that comprise it. In particular, mullite allows the geopolymer composite material according to the invention not to overheat. For this reason, the latter is particularly suitable for food containers that involve fermentation involving the production of heat.
Il silicato di zirconio, aumenta la durezza del materiale composito geopolimerico ottenibile con le miscele in accordo con l’invenzione che lo comprendono. The zirconium silicate increases the hardness of the geopolymeric composite material obtainable with the mixtures in accordance with the invention that include it.
Invece, il quarzo, il feldspato di sodio ed il feldspato di potassio sono cariche, o filler, particolarmente preferiti in quanto permettono di realizzare un materiale composito geopolimerico avente una composizione similare alla composizione di una ceramica classica grazie alla loro proprietà di conferire un aspetto vetroso e lucido al secondo manufatto. Secondo una forma di realizzazione particolarmente preferita, la miscela polimerizzabile, comprende ognuno degli ulteriori componenti nelle relative concentrazioni summenzionate. On the other hand, quartz, sodium feldspar and potassium feldspar are particularly preferred fillers as they allow the creation of a geopolymeric composite material having a composition similar to the composition of a classic ceramic thanks to their property of giving a glassy appearance. and polished to the second artifact. According to a particularly preferred embodiment, the polymerizable mixture comprises each of the further components in the relative aforementioned concentrations.
In particolare, risultano particolarmente preferite le miscele polimerizzabili ricadenti delle formulazioni riportate nella seguente tabella 2, dove le percentuali dei relativi componenti sono calcolate in peso/peso rispetto al totale della formulazione. In particular, the polymerizable refluxing mixtures of the formulations reported in the following table 2 are particularly preferred, where the percentages of the relative components are calculated in weight / weight with respect to the total of the formulation.
Formulazione A Formulazione B Formulazione C componenti: % % % Metacaolino 15-45 15-25 20-25 Silicato di Potassio 7,5-22,5 7,5-12,5 7,5-10 Silicato di Sodio 2-6 2-4 2,4 -3,2 Silicato di Litio 0,5 -1,5 0,5-1 0,75-0,9 Mullite 20-40 20-30 25-28 Quarzo 10-25 10-15 12,5-14 Feldspato di sodio 1 -3 1 -2 1,25-1,5 Feldspato di potassio 1 -3 1 -2 1,25-1,5 Silicato di Zirconio 1 -3 1 - 1,5 1,25-1,4 Chitina e/o Chitosano 1 -5 1 -3 1,25-2 Mica 0,2-1 0,2 -0,4 1,3-1, 8 Fibre di cellulosa 1 -3 1 - 1,5 1,25-1,5 Acqua q.b. a 100 q.b. a 100 q.b. a 100 Tabella 2 Formulation A Formulation B Formulation C components:%%% Metakaolin 15-45 15-25 20-25 Potassium Silicate 7.5-22.5 7.5-12.5 7.5-10 Sodium Silicate 2-6 2 -4 2,4 -3,2 Lithium silicate 0,5 -1,5 0,5-1 0,75-0,9 Mullite 20-40 20-30 25-28 Quartz 10-25 10-15 12, 5-14 Sodium feldspar 1 -3 1 -2 1.25-1.5 Potassium feldspar 1 -3 1 -2 1.25-1.5 Zirconium silicate 1 -3 1 - 1.5 1.25- 1,4 Chitin and / or Chitosan 1 -5 1 -3 1.25-2 Mica 0.2-1 0.2 -0.4 1.3-1.8 Cellulose fibers 1 -3 1 - 1.5 1.25-1.5 Water q.s. to 100 q.b. to 100 q.b. a 100 Table 2
La formulazione B, risulta essere maggiormente preferibile rispetto alla formulazione A perché dà luogo ad un materiale composito geopolimerico particolarmente idoneo ad essere utilizzato per contenere i citati alimenti e/o bevande. Inoltre, la formulazione C è preferibile alle altre due perché consente di ottimizzare ulteriormente i tempi di stampa 3D. Formulation B is more preferable than formulation A because it gives rise to a geopolymeric composite material particularly suitable to be used to contain the aforementioned foods and / or beverages. Furthermore, formulation C is preferable to the other two because it allows you to further optimize 3D printing times.
In dette formulazioni al posto della mica tal quale, si può utilizzare la Ball Clay nelle percentuali indicate nella tabella 3. In these formulations, instead of mica as it is, Ball Clay can be used in the percentages indicated in table 3.
Formulazione A Formulazione B Formulazione C Ball Clay 1 - 5 % 1 - 2 % 1,25-1,5% Tabella 3 Formulation A Formulation B Formulation C Ball Clay 1 - 5% 1 - 2% 1.25-1.5% Table 3
Corrispondentemente, risultano preferite le composizioni del materiale composito geopolimerico riportate nella seguente tabella 4 dove le percentuali dei relativi componenti sono calcolate in peso/peso rispetto al totale della formulazione. Correspondingly, the compositions of the geopolymeric composite material reported in the following table 4 are preferred, where the percentages of the relative components are calculated in weight / weight with respect to the total of the formulation.
Formulazione D Formulazione E Formulazione F componenti: % % % Geopolimero 30-90 30-50 25-30 Mullite 20-40 20-30 25-28 Quarzo (44 micron) 10-25 10-15 12,5-14 Feldspato di sodio 1 -3 1 -2 1,25-1,5 Feldspato di potassio 1 -3 1 -2 1,25-1,5 Silicato di Zirconio 1 -3 1 - 1,5 1,25-1,4 Formulazione D Formulazione E Formulazione F Chitina e/o Chitosano 1 -5 1 -3 1,25-2 Mica 0,2-1 0,2 -0,4 1,3- 1,8 Fibre di cellulosa 1 - 3 1 - 1,5 1,25 - 1,5 Formulation D Formulation E Formulation F components:%%% Geopolymer 30-90 30-50 25-30 Mullite 20-40 20-30 25-28 Quartz (44 micron) 10-25 10-15 12.5-14 Sodium feldspar 1 -3 1 -2 1.25-1.5 Potassium feldspar 1 -3 1 -2 1.25-1.5 Zirconium silicate 1 -3 1 - 1.5 1.25-1.4 Formulation D Formulation E Formulation F Chitin and / or Chitosan 1 -5 1 -3 1.25-2 Mica 0.2-1 0.2 -0.4 1.3- 1.8 Cellulose fibers 1 - 3 1 - 1.5 1.25 - 1.5
Acqua q.b. a 100 q.b. a 100 q.b. a 100 Water q.s. to 100 q.b. to 100 q.b. to 100
Tabella 4 Table 4
La formulazione E, risulta essere maggiormente preferibile rispetto alla formulazione D e la formulazione F è preferibile alle altre due. Formulation E is more preferable than formulation D and formulation F is preferable to the other two.
Secondo una preferita forma di attuazione del processo di produzione in accordo con l’invenzione, la fase di preparazione di detta miscela polimerizzabile comprende le seguenti sottofasi: According to a preferred embodiment of the production process in accordance with the invention, the stage of preparation of said polymerizable mixture comprises the following sub-stages:
- mescolare detti: silicato di potassio, silicato di sodio; silicato di litio; chitina e/o chitosano; fibre di cellulosa; cariche e/o additivi inerti, in relative quantità predisposte per ottenere una prima predeterminata quantità di miscela polimerizzabile, con una prima quantità di acqua sufficiente ad ottenere una prima sospensione fangosa pompabile (ossia un primo “slurry”); - mix said: potassium silicate, sodium silicate; lithium silicate; chitin and / or chitosan; cellulose fibers; fillers and / or inert additives, in relative quantities predisposed to obtain a first predetermined quantity of polymerizable mixture, with a first quantity of water sufficient to obtain a first pumpable mud suspension (ie a first "slurry");
- miscelare detto metacaolino in polvere, in una relativa quantità predisposta per ottenere detta prima predeterminata quantità di miscela polimerizzabile, con una seconda quantità di acqua, con la somma della prima e della seconda quantità di acqua uguale alla quantità di acqua prevista nella prima predeterminata quantità di miscela polimerizzabile, ottenendo una seconda sospensione fangosa pompabile (ossia un secondo “slurry”); - mixing said metakaolin in powder, in a relative quantity predisposed to obtain said first predetermined quantity of polymerizable mixture, with a second quantity of water, with the sum of the first and second quantities of water equal to the quantity of water foreseen in the first predetermined quantity of polymerizable mixture, obtaining a second pumpable mud suspension (ie a second "slurry");
- miscelare in continuo, in una testina 1 di stampa di un dispositivo 10 di stampa 3D, detta prima e seconda sospensione fangosa pompabile, in relative quantità proporzionali alle relative quantità necessarie per ottenere detta prima predeterminata quantità di miscela polimerizzabile, producendo in continuo, una seconda predeterminata quantità di miscela polimerizzabile minore a detta prima predeterminata quantità di miscela polimerizzabile; - continuously mixing, in a print head 1 of a 3D printing device 10, said first and second pumpable mud suspension, in relative quantities proportional to the relative quantities necessary to obtain said first predetermined quantity of polymerizable mixture, producing continuously, a second predetermined quantity of polymerizable mixture smaller than said first predetermined quantity of polymerizable mixture;
in cui la fase di formatura del primo manufatto comprende lo stampaggio in 3D, in continuo e tramite un ugello 2 di stampa previsto in detta testina 1 di stampa, della seconda predeterminata quantità di miscela polimerizzabile prodotta ed il riscaldamento in continuo della seconda predeterminata quantità di miscela polimerizzabile mentre viene dosata o non appena dosata. in which the step of forming the first product comprises 3D printing, continuously and through a printing nozzle 2 provided in said printing head 1, of the second predetermined quantity of polymerizable mixture produced and the continuous heating of the second predetermined quantity of polymerizable mixture while it is being dosed or as soon as it is dosed.
Preferibilmente il riscaldamento si effettua per irraggiamento ad infrarossi (IR). Tale processo è quindi attuabile con un dispositivo 10 di stampa 3D, secondo - un primo ed un secondo serbatoio 11, 12; Preferably, heating is carried out by infrared (IR) radiation. This process can therefore be carried out with a second 3D printing device 10 - a first and a second tank 11, 12;
- mezzi di dosaggio predisposti per, quando il primo ed il secondo serbatoio 11, 12 contengono, rispettivamente una prima ed una seconda sospensione fangosa pompabile, dosare in continuo, in detto alloggiamento 13, relative predeterminate quantità di tali sospensioni; e - metering means arranged for, when the first and second tanks 11, 12 contain, respectively, a first and a second pumpable sludge suspension, to continuously dose, in said housing 13, relative predetermined quantities of said suspensions; And
- mezzi di miscelazione ed avanzamento del materiale da stampare disposti in detto alloggiamento 13, con detti mezzi miscelazione ed avanzamento azionabili per mescolare dette predeterminate quantità dosate di detta prima e seconda sospensione fangosa, per ottenere una miscela stampabile in 3D e per alimentare in continuo detto ugello 2 di stampa con detta miscela stampabile ottenuta. - means for mixing and feeding the material to be printed arranged in said housing 13, with said mixing and feeding means operable to mix said predetermined metered quantities of said first and second mud slurry, to obtain a 3D printable mixture and to continuously feed said printing nozzle 2 with said obtained printable mixture.
Con riferimento alla figura 2, detti mezzi di miscelazione ed avanzamento possono comprendere un motore elettrico 7 e una vite 6, o coclea, che, azionata dall’albero del motore 7 spinge il materiale da stampare presente nell’alloggiamento 13 verso l’ugello di stampa 2. In tal caso la testina 1 di stampa è quindi strutturata come un estrusore. With reference to Figure 2, said mixing and feeding means can comprise an electric motor 7 and a screw 6, or auger, which, driven by the shaft of the motor 7, pushes the material to be printed present in the housing 13 towards the nozzle. print 2. In this case the print head 1 is therefore structured as an extruder.
Quando sono previsti due serbatoi 11, 12 si consente, una volta caricati detti primo e secondo serbatoio 11, 12 rispettivamente con detta prima e seconda sospensione fangosa, di realizzare di qualsiasi tipo di manufatto anche di ampie dimensioni, senza doversi preoccupare del tempo di presa della miscela polimerizzante, perché essa viene stampata non appena è stata ottenuta, poiché la preparazione di detta seconda predeterminata quantità di miscela polimerizzabile avviene alloggiamento 13 della testina 1 di stampa immediatamente prima della relativa stampa in 3D. When two tanks 11, 12 are provided, once said first and second tanks 11, 12 have been loaded with said first and second muddy suspension respectively, it is possible to create any type of product, even of large dimensions, without having to worry about the setting time. of the polymerizing mixture, because it is printed as soon as it has been obtained, since the preparation of said second predetermined quantity of polymerizable mixture takes place in the housing 13 of the printing head 1 immediately before the relative 3D printing.
Secondo con una forma di realizzazione particolarmente inventiva del dispositivo 10 di stampa 3D in accordo l'invenzione, detti mezzi di dosaggio comprendono una centralina di controllo e comando, detta anche PLC, e un primo ed un secondo ugello dosatore 31, 32, disposti, rispettivamente a valle del primo e del secondo serbatoio 11, 12, azionabili dalla centralina di controllo e comando per convogliare, in detto alloggiamento 13, dette predeterminate quantità di dette prima e seconda sospensione fangosa pompabile. According to a particularly inventive embodiment of the 3D printing device 10 according to the invention, said metering means comprise a control and command unit, also called PLC, and a first and a second metering nozzle 31, 32, arranged, respectively downstream of the first and second tanks 11, 12, which can be operated by the control and command unit to convey, in said housing 13, said predetermined quantities of said first and second pumpable muddy suspension.
Come visibile in figura 2, i due ugelli dosatori 31, 32 provvedono a dosare le rispettive sospensioni fangose nell'alloggiamento 13 attraverso un’apertura 14 di accesso all’alloggiamento 13. As visible in Figure 2, the two dosing nozzles 31, 32 dose the respective muddy suspensions in the housing 13 through an opening 14 for accessing the housing 13.
La centralina di controllo e comando provvede quindi al corretto dosaggio delle due sospensioni fangose pompabili nel rapporto di miscelazione previsto. The control and command unit then provides for the correct dosage of the two pumpable mud suspensions in the required mixing ratio.
Allo scopo di aumentare la stabilità in condizioni acide e basiche di detto secondo manufatto realizzato in un materiale composito geopolimerico secondo l’invenzione, il processo di produzione può vantaggiosamente comprendere ulteriormente la seguente fase: In order to increase the stability in acidic and basic conditions of said second product made of a geopolymeric composite material according to the invention, the production process can advantageously further comprise the following phase:
- applicare (preferibilmente per spruzzatura) su almeno una porzione di superficie di detto secondo manufatto una soluzione o una sospensione acquosa contenente un composto scelto nel gruppo costituito da: citrato di zinco; tartrato di zinco; silice colloidale; e loro miscele; - applying (preferably by spraying) on at least a portion of the surface of said second manufactured article an aqueous solution or suspension containing a compound selected from the group consisting of: zinc citrate; zinc tartrate; colloidal silica; and their mixtures;
-risciacquare detta porzione di superficie del secondo manufatto con acqua. - rinsing said surface portion of the second article with water.
Preferibilmente il citrato di zinco il tartrato di zinco e silice colloidale sono presenti in tali soluzioni o sospensioni ad una relativa concentrazione pari a circa Γ1 % in peso/peso. Preferably, the zinc citrate, the zinc tartrate and colloidal silica are present in these solutions or suspensions at a relative concentration equal to about Γ1% by weight / weight.
Lo zinco e/o la silice presente in dette soluzioni/sospensioni viene inglobato nel reticolo cristallino che si origina dalla reazione dei silicati con il metacaolino, accelerando la formazione del geopolimero e prevenendo la deposizione di carbonati di calcio e/o magnesio. The zinc and / or silica present in said solutions / suspensions is incorporated into the crystal lattice that originates from the reaction of the silicates with the metakaolin, accelerating the formation of the geopolymer and preventing the deposition of calcium and / or magnesium carbonates.
Ciò consente di ottenere un contenitore secondo l’invenzione comprendente una parete di contenimento avente una relativa superficie, in cui la percentuale in peso/peso dello zinco contenuto nella parete di contenimento è maggiore in corrispondenza della relativa superficie che internamente alla parete. Tale contenitore risulta pertanto particolarmente idoneo ad essere utilizzato per la produzione e lo stoccaggio di alimenti e/o bevande quali birra, vino, olio ed aceto in particolare quando è conformato come un orcio, una botte o una barrique. This allows to obtain a container according to the invention comprising a containment wall having a relative surface, in which the percentage by weight / weight of the zinc contained in the containment wall is greater at the relative surface than inside the wall. This container is therefore particularly suitable to be used for the production and storage of food and / or drinks such as beer, wine, oil and vinegar, in particular when it is shaped like a jar, a barrel or a barrique.
S’intende che quanto sopra è stato descritto a titolo esemplificativo e non limitativo, ed eventuali varianti di natura pratico-applicativa si intendono rientranti nell’ambito protettivo dell’invenzione nel seguito rivendicato. It is understood that the above has been described by way of non-limiting example, and any variants of a practical-applicative nature are understood to fall within the protective scope of the invention claimed below.
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