IT202200020922A1 - METHOD FOR THREE-DIMENSIONAL PRINTING OF FIBER COMPOSITE MATERIALS - Google Patents
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Description
?METODO PER LA STAMPA TRIDIMENSIONALE DI MATERIALI COMPOSITI A FIBRA? ?METHOD FOR THREE-DIMENSIONAL PRINTING OF FIBER COMPOSITE MATERIALS?
Campo dell?invenzione Field of invention
La presente invenzione si riferisce al campo dello stampaggio tridimensionale di materiali compositi. The present invention relates to the field of three-dimensional molding of composite materials.
In particolare, la presente invenzione si riferisce ad una apparecchiatura e ad un metodo per la stampa tridimensionale di materiali compositi a fibra e matrice termoplastica o termoindurente. In particular, the present invention relates to an apparatus and a method for the three-dimensional printing of composite materials made of thermoplastic or thermosetting fibre and matrix.
Tecnica nota Known technique
Come noto con il termine ?composito? si intende in generale un materiale ottenuto combinando due o pi? componenti in modo che il prodotto finale abbia propriet? diverse da quelle dei singoli costituenti. In ambito tecnico, per meglio identificare cosa viene inteso con il termine ?composito? ? consuetudine circoscrivere la classe dei materiali compositi ai soli materiali rinforzati, nei quali almeno un componente, di solito sotto forma di fibre, ha caratteristiche meccaniche molto superiori agli altri. As is known, the term "composite" generally refers to a material obtained by combining two or more components so that the final product has properties that are different from those of the individual constituents. In the technical field, to better identify what is meant by the term "composite", it is customary to limit the class of composite materials to reinforced materials only, in which at least one component, usually in the form of fibres, has mechanical characteristics that are much superior to the others.
In generale, pu? essere definito come ?materiale composito? o semplicemente ?composito? l?unione, per adesione o coesione, di due o pi? componenti, differenti per forma e composizione chimica, insolubili l?uno nell?altro e separati da un?interfaccia. In general, it can be defined as a "composite material" or simply "composite" the union, by adhesion or cohesion, of two or more components, different in shape and chemical composition, insoluble in each other and separated by an interface.
I compositi sono generalmente costituiti da una fase continua (detta matrice) e da una fase dispersa (spesso sotto forma di elemento di rinforzo). Alla fase dispersa sono principalmente demandate le propriet? meccaniche del materiale (resistenza e rigidezza), alla fase continua, invece, viene demandato il compito di trasferire i carichi esterni applicati alla fase dispersa. Questa trasmissione avviene per effetto di sforzi di taglio agenti all?interfaccia tra fase dispersa e fase continua. Inoltre, la matrice oltre a stabilizzare a compressione il composito, ha la funzione di tenere insieme e proteggere le fibre e di realizzare la forma del pezzo. Composites are generally made up of a continuous phase (called matrix) and a dispersed phase (often in the form of a reinforcing element). The dispersed phase is mainly responsible for the mechanical properties of the material (strength and stiffness), while the continuous phase is responsible for transferring external loads applied to the dispersed phase. This transmission occurs through shear stresses acting on the interface between the dispersed phase and the continuous phase. Furthermore, the matrix, in addition to stabilizing the composite under compression, has the function of holding together and protecting the fibres and creating the shape of the piece.
In definitiva, un materiale composito ? un materiale multifase che pu? essere creato artificialmente ed ? diverso dai costituenti: in base al principio delle azioni combinate, l?ottimizzazione di una propriet? viene ottenuta mediante l?attenta e studiata combinazione di due o pi? materiali differenti. Ultimately, a composite material is a multiphase material that can be created artificially and is different from its constituents: according to the principle of combined actions, the optimization of a property is achieved through the careful and studied combination of two or more different materials.
Sulla base del materiale della matrice che costituisce la fase continua, i compositi sono classificati a matrice metallica, a matrice ceramica e a matrice polimerica. I compositi a matrice polimerica sono generalmente costituiti da fibre sintetiche (ad esempio carbonio, nylon, aramide o vetro) incorporato in una matrice polimerica, che circonda, protegge e lega le fibre. Tipicamente, le fibre costituiscono circa il 50/60% di un composito a matrice polimerica in volume. A loro volta all?interno della categoria a matrice polimerica esistono due sotto classi di materiali che compongono la matrice polimerica che sono: polimeri termoplastici e polimeri termoindurenti. Based on the matrix material that forms the continuous phase, composites are classified as metal matrix, ceramic matrix, and polymer matrix. Polymer matrix composites are generally made of synthetic fibers (e.g. carbon, nylon, aramid, or glass) embedded in a polymer matrix, which surrounds, protects, and binds the fibers. Typically, fibers make up about 50/60% of a polymer matrix composite by volume. Within the polymer matrix category, there are two subclasses of materials that make up the polymer matrix: thermoplastic polymers and thermoset polymers.
I polimeri termoplastici sono un gruppo di materie plastiche che acquistano malleabilit?, sotto l?azione della temperatura. Soggetti all?azione della temperatura, i polimeri termoplastici possono essere modellati o formati in oggetti finiti e quindi una volta raffreddati tornare ad essere strutture rigide. La viscosit? diminuisce, infatti, all?aumentare della temperatura, ma anche con l?aumentare della velocit? di scorrimento e dello sforzo di taglio. Questo ciclo di riscaldamento/raffreddamento, teoricamente, pu? essere ripetuto pi? volte in base alle qualit? delle diverse materie plastiche; nella pratica ? possibile ripetere il ciclo per un numero limitato di volte poich? troppi riscaldamenti possono degradare i polimeri. Thermoplastic polymers are a group of plastics that become malleable under the action of temperature. Subject to the action of temperature, thermoplastic polymers can be modeled or formed into finished objects and then, once cooled, return to being rigid structures. In fact, viscosity decreases as the temperature increases, but also with the increase in the flow speed and the shear stress. This heating/cooling cycle, theoretically, can be repeated several times based on the quality of the different plastics; in practice, it is possible to repeat the cycle a limited number of times since too much heating can degrade the polymers.
I materiali polimerici termoindurenti hanno una struttura molecolare reticolata formata da legami covalenti. I polimeri termoindurenti sono reticolati mediante un processo chiamato ?Curing?, attraverso cui la resina allo stato fluido subisce una serie di trasformazioni chimiche passando per uno strato gelificato o gommoso fino a passare allo stato vetroso. Alcune resine termoindurenti sono reticolate per mezzo del calore o attraverso calore e pressione combinati. In altri casi, la reazione chimica pu? avvenire a temperatura ambiente (termoindurenti a freddo) per mezzo di una radiazione luminosa, evaporazione di sostanze, attivazione per mezzo dell?umidit? e infine a causa della miscelazione forzata di due elementi (in genere resina e catalizzatore). Thermosetting polymer materials have a cross-linked molecular structure formed by covalent bonds. Thermosetting polymers are cross-linked by a process called ?Curing?, through which the resin in the fluid state undergoes a series of chemical transformations passing through a gelled or rubbery layer until it passes to the glassy state. Some thermosetting resins are cross-linked by heat or by a combination of heat and pressure. In other cases, the chemical reaction can occur at room temperature (cold thermosetting) by means of light radiation, evaporation of substances, activation by humidity and finally due to the forced mixing of two elements (usually resin and catalyst).
Bench? i manufatti in resina termoindurente possano ammorbidirsi per effetto del calore (Tg, temperatura di transizione vetrosa), i legami covalenti del reticolo impediscono loro di ritornare allo stato fluido che esisteva prima della reticolazione, anzi se il riscaldamento comporta il superamento della temperatura di degradazione, questi si decompongono carbonizzandosi. I materiali termoindurenti, perci?, non possono venire nuovamente riscaldati e quindi fusi come succede con i termoplastici. Although thermoset resin products can soften under the effect of heat (Tg, glass transition temperature), the covalent bonds of the network prevent them from returning to the fluid state that existed before cross-linking. In fact, if heating causes the degradation temperature to be exceeded, they decompose by carbonizing. Thermoset materials, therefore, cannot be reheated and then melted as happens with thermoplastics.
Processi di stampaggio tridimensionale di materiali compositi sono ad esempio descritti in US9987798, US10011073 e US9126367. Three-dimensional molding processes of composite materials are described for example in US9987798, US10011073 and US9126367.
La Richiedente ha osservato che i processi di stampaggio tridimensionali di materiali compositi a fibra noti presentano limitazioni nel tipo di materiale e/o processo utilizzabili. La Richiedente ha ad esempio osservato che nel caso di monomeri termoindurenti in grado di fotopolimerizzazione per effetto di radiazione elettromagnetica, la scelta ? spesso limitata, ad esempio non possono essere utilizzate delle fibre di rinforzo opache (e.g fibra di carbonio, fibra di basalto, fibra di aramide etc.). Un altro limite in questo caso ? dato dagli spessori utilizzabili, che non possono essere troppo elevati. The Applicant has observed that the known three-dimensional molding processes of fiber composite materials present limitations in the type of material and/or process that can be used. The Applicant has for example observed that in the case of thermosetting monomers capable of photopolymerization by the effect of electromagnetic radiation, the choice is often limited, for example opaque reinforcing fibers cannot be used (e.g. carbon fiber, basalt fiber, aramid fiber etc.). Another limitation in this case is given by the thicknesses that can be used, which cannot be too high.
I due limiti di cui sopra risultando in carenze dell?omogeneit? e qualit? del prodotto risultante. The two above limitations result in deficiencies in the homogeneity and quality of the resulting product.
La Richiedente ha, inoltre, notato che con riferimento alle resine epossidiche, le stesse sono spesso caratterizzate da importanti limitazioni cinetiche, in altri termini le reazioni che producono il polimero sono molto lente, tali quindi, da rendere questi materiali scarsamente impiegabili in processi di stampaggio tridimensionale. The Applicant has also noted that with reference to epoxy resins, these are often characterised by significant kinetic limitations, in other words the reactions that produce the polymer are very slow, such as to make these materials difficult to use in three-dimensional moulding processes.
Sommario dell?invenzione Summary of the invention
Pertanto, in un suo primo aspetto, l?invenzione concerne un metodo per la stampa tridimensionale di materiali compositi, comprendente le fasi di: Therefore, in a first aspect, the invention concerns a method for the three-dimensional printing of composite materials, comprising the phases of:
-alimentare almeno un elemento filiforme continuo ad una testa di alimentazione; detto elemento filiforme continuo comprendendo almeno una fase dispersa, preferibilmente comprendente un materiale termicamente conduttivo, e almeno una fase continua reagente a reazioni di polimerizzazione frontale; -feeding at least one continuous thread-like element to a feed head; said continuous thread-like element comprising at least one dispersed phase, preferably comprising a thermally conductive material, and at least one continuous phase reactive to frontal polymerization reactions;
-deporre detto elemento filiforme continuo su una superficie di supporto; -place said continuous thread-like element on a support surface;
-somministrare a detto elemento filiforme continuo una quantit? di energia tale da portare detta almeno una fase continua ad una temperatura di innesco in modo da innescare un fronte di reazione di polimerizzazione di tipo frontale in detta almeno una fase continua; -supplying to said continuous thread-like element an amount of energy such as to bring said at least one continuous phase to an ignition temperature so as to trigger a frontal polymerization reaction front in said at least one continuous phase;
- somministrare a detto elemento filiforme continuo detta quantit? di energia in maniera ripetuta ed in posizioni differenti lungo la sua estensione, durante la fase di deposizione, in modo da innescare differenti fronti di polimerizzazione. - administer to said continuous thread-like element said quantity of energy repeatedly and in different positions along its extension, during the deposition phase, so as to trigger different polymerization fronts.
Ai fini della presente invenzione, si applicano le seguenti definizioni: For the purposes of this invention, the following definitions apply:
Con ?polimerizzazione frontale e/o di tipo frontale? si intende una reazione di polimerizzazione in cui la polimerizzazione, ovverosia la reazione chimica che porta alla formazione di una catena polimerica a partire da molecole pi? semplici dette monomeri, avviene direzionalmente e attraverso la propagazione da un sito di reazione localizzato [J. A. Pojman, ?Frontal Polymerization,? in Polymer Science: A Comprehensive Reference, Elsevier, 2012, pp. 957?980.]. Tale reazione avviene in conseguenza di un innesco sotto forma di uno stimolo localizzato e, una volta avviata, propaga nel materiale per azione dell?entalpia di reazione, senza che siano necessari ulteriori stimoli energetici. In processi di polimerizzazione di tipo frontale, il calore generato dalla stessa reazione nella fase di propagazione di catena polimerica diventa driving force per la propagazione della reazione stessa, per via dell?attivazione di specie di iniziatori termici al raggiungimento di una temperatura di innesco [F. Petko, A. ?wie?y, and J. Ortyl, ?Photoinitiating systems and kinetics of frontal photopolymerization processes ? the prospects for efficient preparation of composites and thick 3D structures,? Polym. Chem., vol. 12, no.32, pp. 4593?4612, 2021, doi: 10.1039/D1PY00596K.]. In particolare, l?attivazione di specie di iniziatore termico, definite come quelle specie chimiche in grado di produrre specie reattive per azione della temperatura, ? resa possibile dal raggiungimento di detta temperatura di innesco, caratteristica della specifica specie di iniziatore termico considerata. Inoltre, ? evidente che le specie monomeriche in grado di dare luogo a reazione di polimerizzazione di tipo frontale manifestino delle reazioni fortemente esotermiche, in grado dunque di promuovere la propagazione del fronte di reazione. ?Frontal and/or frontal-type polymerization? refers to a polymerization reaction in which polymerization, i.e. the chemical reaction that leads to the formation of a polymer chain starting from simpler molecules called monomers, occurs directionally and through propagation from a localized reaction site [J. A. Pojman, ?Frontal Polymerization,? in Polymer Science: A Comprehensive Reference, Elsevier, 2012, pp. 957-980.]. This reaction occurs as a result of a trigger in the form of a localized stimulus and, once started, propagates in the material by the action of the reaction enthalpy, without the need for further energetic stimuli. In frontal-type polymerization processes, the heat generated by the reaction itself in the polymer chain propagation phase becomes the driving force for the propagation of the reaction itself, due to the activation of thermal initiator species upon reaching a trigger temperature [F. Petko, A. ?wie?y, and J. Ortyl, ?Photoinitiating systems and kinetics of frontal photopolymerization processes ? the prospects for efficient preparation of composites and thick 3D structures,? Polym. Chem., vol. 12, no. 32, pp. 4593?4612, 2021, doi: 10.1039/D1PY00596K.]. In particular, the activation of thermal initiator species, defined as those chemical species capable of producing reactive species under the action of temperature, is made possible by reaching said trigger temperature, characteristic of the specific thermal initiator species considered. Furthermore, it is evident that the monomeric species capable of giving rise to frontal polymerization reactions manifest highly exothermic reactions, thus capable of promoting the propagation of the reaction front.
Con ?polimerizzazione preliminare? si intende una polimerizzazione di almeno una parte dell?elemento filiforme che si manifesta in un tempo anteriore e/o in un luogo antecedente all?alimentazione dell?elemento filiforme alla testa di alimentazione. By ?preliminary polymerization? we mean a polymerization of at least a part of the thread-like element that occurs at a time prior to and/or in a place prior to the feeding of the thread-like element to the feeding head.
Con ?temperatura di innesco? si intende, nel contesto di una polimerizzazione di tipo frontale, la temperatura a cui avviene l?attivazione della specie di iniziatore termico, ovvero la temperatura a cui ? favorita la rapida decomposizione di detto iniziatore in specie chimiche reattive, dunque in grado di avviare una reazione di polimerizzazione. In the context of a frontal polymerization, the "trigger temperature" refers to the temperature at which the activation of the thermal initiator species occurs, or the temperature at which the rapid decomposition of said initiator into reactive chemical species is favored, and therefore capable of initiating a polymerization reaction.
Con ?materiale fotosensitizzante e/o semplicemente fotosensitizzante? si intende una specie chimica che, investita da radiazione elettromagnetica, ? in grado di assorbirla, portandosi in uno stato eccitato. In questo stato, la specie fotosensitizzante ? in grado di trasferire energia (ad esempio attraverso meccanismi di trasferimento di elettroni o trasferimento di carica) ad un fotoiniziatore, provocandone l?attivazione e la conseguente produzione di specie chimiche reattive. L?impiego di fotosensitizzanti pu? risultare necessario nel caso in cui un fotoiniziatore non risulti in grado di assorbire radiazione e, dunque, di attivarsi autonomamente, nello spettro elettromagnetico fornito dalla sorgente di radiazione elettromagnetica impiegata in luogo di sorgente dello stimolo energetico. L?impiego di fotosensitizzanti pu? risultare conveniente nel caso in cui il processo di assorbimento di radiazione del fotoiniziatore nello spettro elettromagnetico fornito dalla sorgente di radiazione elettromagnetica impiegata in luogo di sorgente dello stimolo energetico risulti scarsamente efficiente. By "photosensitizing material and/or simply photosensitizing" we mean a chemical species that, when struck by electromagnetic radiation, is able to absorb it, bringing itself into an excited state. In this state, the photosensitizing species is able to transfer energy (for example through electron transfer or charge transfer mechanisms) to a photoinitiator, causing its activation and the consequent production of reactive chemical species. The use of photosensitizers may be necessary in the case in which a photoinitiator is not able to absorb radiation and, therefore, to activate itself autonomously, in the electromagnetic spectrum provided by the electromagnetic radiation source used in place of the source of the energy stimulus. The use of photosensitizers may be convenient in the case in which the radiation absorption process of the photoinitiator in the electromagnetic spectrum provided by the electromagnetic radiation source used in place of the source of the energy stimulus is poorly efficient.
Con ?fotoiniziatore? si intende una specie chimica in grado di produrre specie chimiche diverse e reattive per effetto dell?assorbimento di radiazione elettromagnetica, tipicamente nello spettro elettromagnetico dell?ultravioletto o del visibile. Nel caso di sistemi in grado di fotopolimerizzare per effetto di radiazione elettromagnetica, con riferimento all?insieme o miscele di specie monomeriche, fotoiniziatori ed eventuali composti ad azione sinergica, esistono due principali processi chimici di rilevanza industriale: radicalici e cationici. Nel primo caso, l?assorbimento di radiazione da parte dell?iniziatore determina la produzione di radicali reattivi. Nel secondo, l?assorbimento di radiazione da parte dell?iniziatore determina la produzione di acidi di Br?nsted o Lewis, in grado conseguentemente di avviare un processo di polimerizzazione di apertura di anello, ovverosia la tipologia di reazione di polimerizzazione a catena in cui il terminale reattivo di catena polimerica in fase di accrescimento attacca chimicamente un monomero con terminale ciclico per formare una catena polimerica pi? lunga. Con ?iniziatore cationico? si intende una specie chimica in grado di produrre specie chimiche diverse e reattive, quali, ad esempio, acidi di Br?nsted o acidi di Lewis, per effetto di uno stimolo di natura fotochimica o chimica. In particolare, con il termine iniziatore cationico si fa riferimento a quelle specie chimiche in grado di dare avvio a processi di polimerizzazione a catena di tipo cationico, in conseguenza al trasferimento di carica fra lo stesso iniziatore ed il monomero precursore del polimero in formazione, rendendolo a sua volta reattivo nei confronti di altri monomeri. La produzione di specie reattive pu? accadere per effetto di assorbimento diretto di radiazione, tipicamente nello spettro elettromagnetico dell?ultravioletto, da parte della specie di iniziatore cationico oppure per effetto di reazioni di ossidazione che si verificano in presenza di altre specie reattive e partecipanti la reazione quali, ad esempio, specie radicali. By ?photoinitiator? we mean a chemical species capable of producing different and reactive chemical species by absorbing electromagnetic radiation, typically in the ultraviolet or visible electromagnetic spectrum. In the case of systems capable of photopolymerizing by the effect of electromagnetic radiation, with reference to the set or mixtures of monomer species, photoinitiators and any compounds with synergistic action, there are two main chemical processes of industrial relevance: radical and cationic. In the first case, the absorption of radiation by the initiator determines the production of reactive radicals. In the second, the absorption of radiation by the initiator determines the production of Br?nsted or Lewis acids, which are consequently capable of starting a ring-opening polymerization process, i.e. the type of chain polymerization reaction in which the reactive end of the growing polymer chain chemically attacks a monomer with a cyclic end to form a longer polymer chain. By ?cationic initiator? is understood as a chemical species capable of producing different and reactive chemical species, such as, for example, Br?nsted acids or Lewis acids, as a result of a photochemical or chemical stimulus. In particular, the term cationic initiator refers to those chemical species capable of starting cationic chain polymerization processes, as a consequence of the charge transfer between the initiator itself and the precursor monomer of the polymer being formed, making it in turn reactive towards other monomers. The production of reactive species can occur as a result of direct absorption of radiation, typically in the ultraviolet electromagnetic spectrum, by the cationic initiator species or as a result of oxidation reactions that occur in the presence of other reactive species participating in the reaction such as, for example, radical species.
Con ?composto ad azione sinergica? si intende l?elemento di una miscela fotopolimerizzabile convenientemente aggiunto per migliorare la fotoattivit? della miscela stessa rispetto al caso di impiego singolo dei materiali componenti detta miscela. L?effetto sinergico si riflette nella migliorata efficienza del sistema in fase di assorbimento di radiazione, in fase di reazione di polimerizzazione o entrambe. Ad esempio, l?impiego di combinazioni di differenti fotoiniziatori all?interno di una miscela pu? abilitare l?impiego di differenti sorgenti energetiche. L?aggiunta di elementi quali ammine o tioli pu? mitigare gli effetti di inibizione di reazione causata dalla presenza di ossigeno atmosferico, nota causa di scarsa efficienza di reazioni di fotopolimerizzazione radicalica. By "synergistic compound" we mean an element of a photopolymerizable mixture conveniently added to improve the photoactivity of the mixture itself compared to the case of single use of the component materials of the mixture. The synergistic effect is reflected in the improved efficiency of the system in the radiation absorption phase, in the polymerization reaction phase, or both. For example, the use of combinations of different photoinitiators within a mixture can enable the use of different energy sources. The addition of elements such as amines or thiols can mitigate the effects of reaction inhibition caused by the presence of atmospheric oxygen, a known cause of poor efficiency of radical photopolymerization reactions.
La presente invenzione, nel suddetto aspetto, pu? presentare almeno una delle caratteristiche preferite che qui di seguito sono descritte. The present invention, in the above aspect, may exhibit at least one of the preferred features described hereinafter.
Preferibilmente, la quantit? di energia viene applicata direttamente alla fase continua. Preferably, the amount of energy is applied directly to the continuous phase.
Convenientemente, la quantit? di energia viene applicata alla fase dispersa in modo da portare detta almeno una fase continua alla temperatura di innesco. Conveniently, the amount of energy is applied to the dispersed phase so as to bring said at least one continuous phase to the ignition temperature.
Vantaggiosamente, il metodo comprende: Advantageously, the method includes:
-distribuire almeno un?estremit? dell?elemento filiforme continuo su una rispettiva superficie di supporto; -distribute at least one end of the continuous thread-like element on a respective support surface;
-sottoporre detta estremit? di detto elemento filiforme ad una quantit? di energia tale da portare detta almeno una fase continua ad una temperatura di innesco in modo da innescare un fronte di reazione di polimerizzazione di tipo frontale in detta almeno una fase continua; -subjecting said end of said thread-like element to an amount of energy such as to bring said at least one continuous phase to an ignition temperature so as to trigger a frontal polymerization reaction front in said at least one continuous phase;
-spostare detta testa di alimentazione rispetto al punto di ancoraggio secondo un percorso prestabilito che definisce l'oggetto da stampare. -move said feed head with respect to the anchor point according to a pre-established path that defines the object to be printed.
Detta quantit? di energia pu? essere fornita per riscaldare direttamente detta fase continua oppure per riscaldare detta fase dispersa. This amount of energy can be supplied to directly heat said continuous phase or to heat said dispersed phase.
Detta quantit? di energia pu? essere fornita per mezzo di sorgenti di radiazioni elettromagnetiche. This amount of energy can be supplied by means of electromagnetic radiation sources.
Convenientemente, detta radiazione elettromagnetica ? scelta nello spettro dell?infrarosso. Conveniently, this electromagnetic radiation is chosen from the infrared spectrum.
Convenientemente, le fasi di alimentare e deporre sono implementate esercitando una forza di trazione sull?elemento filiforme continuo mediante movimento relativo tra una rispettiva testa di alimentazione e la superficie di supporto oppure, mediante estrusione. Conveniently, the feeding and deposition steps are implemented by exerting a tensile force on the continuous wire-like element by relative movement between a respective feeding head and the support surface or, by extrusion.
Vantaggiosamente, detta almeno una fase dispersa comprende un materiale in fibra scelto tra fibre di carbonio, fibre di vetro, fibre di poli parafenilene tereftalammide, fibre di polietilene ad altissimo peso molecolare (UHWMPE), fibre di poli ariletere chetoni (PAEK), fibre di poli parafenilene ? 2,6 ? benzobisossazolo, fibre di poli etere sulfone (PES), fibre di berillio, fibre di tungsteno, nanofibre di carbonio, fibre di carburo di silicio (SiC), fibre di boro, fibre di poli immide (PI), fibre di poli benzoimidazolo, fibre di poli ossimetilene (POM), fibre di poli etere immide (PEI), fibre in lega metallica, fibre di basalto, fibre naturali, e loro combinazioni e materiali similari. Advantageously, said at least one dispersed phase comprises a fiber material selected from carbon fibers, glass fibers, poly paraphenylene terephthalamide fibers, ultra high molecular weight polyethylene (UHWMPE) fibers, poly arylether ketone (PAEK) fibers, poly paraphenylene ? 2,6 ? benzobisoxazole fibers, poly ether sulfone (PES) fibers, beryllium fibers, tungsten fibers, carbon nanofibers, silicon carbide (SiC) fibers, boron fibers, polyimide (PI) fibers, poly benzoimidazole fibers, poly oxymethylene (POM) fibers, poly ether imide (PEI) fibers, metal alloy fibers, basalt fibers, natural fibers, and combinations thereof and similar materials.
Detta almeno una fase dispersa pu? comprendere materiale polverulento o in forma di nanostrutture. Said at least one dispersed phase may comprise powdery material or material in the form of nanostructures.
Preferibilmente, il materiale polverulento ? scelto nerofumo (carbon black), diossido di silicio, grafite, ossido di titanio, nitruro di boro, ossido di zirconio, carbonato di calcio, fosfato di calcio, disolfuro di molibdeno, lignina e loro combinazioni e similari. Preferably, the powdery material chosen is carbon black, silicon dioxide, graphite, titanium oxide, boron nitride, zirconium oxide, calcium carbonate, calcium phosphate, molybdenum disulfide, lignin and their combinations and similar.
Preferibilmente, il materiale in forma di nanostrutture ? scelto tra grafene, nanotubi di carbonio a parete singola, nanotubi di carbonio a parete multipla, fullerene, nanopiastre di argilla e loro combinazioni e similari. Preferably, the material in the form of nanostructures is chosen from graphene, single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, fullerene, clay nanoplates and their combinations and the like.
Convenientemente, la fase continua comprende almeno un primo composto comprendente: Conveniently, the continuous phase comprises at least a first compound comprising:
-un iniziatore termico in una quantit? maggiore di o uguale a circa 0,001 mol % e minore di o uguale a circa il 10 mol %; -a thermal initiator in an amount greater than or equal to about 0.001 mol % and less than or equal to about 10 mol %;
- un primo monomero in una quantit? maggiore di o uguale a circa 20 mol % e minore di o uguale a circa il 99,9 mol %; - a first monomer in an amount greater than or equal to about 20 mol % and less than or equal to about 99.9 mol %;
-un iniziatore cationico in una quantit? maggiore di o uguale a circa 0,001 mol % e minore di o uguale a circa 10 mol % di; e -a cationic initiator in an amount greater than or equal to about 0.001 mol % and less than or equal to about 10 mol %; and
-un primo diluente in una quantit? maggiore di o uguale a circa 0 mol % e minore di o uguale a circa 70 mol %. -a first diluent in an amount greater than or equal to about 0 mol % and less than or equal to about 70 mol %.
Vantaggiosamente: Advantageously:
-detto iniziatore termico ? selezionato dal gruppo costituito da: 1,1,2,2-tetrafenil-1,2-etandiolo (TPED), benzopinacol bistrimetilsilil etere (TPED-Si), dimetilsolfonilperossido (DMSP), terz-butilperossido (TBPO), terzbutilcicloesilperossodicarbonato (TBC-PDC), benzoilperossido (BPO), azobis(isobutirronitrile) (AIBN) e loro combinazioni e similari; - said thermal initiator is selected from the group consisting of: 1,1,2,2-tetraphenyl-1,2-ethanediol (TPED), benzopinacol bistrimethylsilyl ether (TPED-Si), dimethylsulfonyl peroxide (DMSP), tert-butyl peroxide (TBPO), tert-butylcyclohexylperoxodicarbonate (TBC-PDC), benzoyl peroxide (BPO), azobis(isobutyronitrile) (AIBN) and combinations thereof and similar;
-il primo monomero ? selezionato dal gruppo costituito da: bisfenolo A diglicidiletere (DGEBA), bisfenolo F diglicidiletere (DGEBF), 3,4-epossicicloesilmetil 3,4-epossicicloesancarbossilato (CE), 4-vinil-1-cicloesano 1,2 epossido, biossido di vinilcicloesene, diglicidilestere dell'acido 4,5-epossitetraidroftalico, glicidil metacrilato, pentaeritritolo glicidil etere, trimetilolpropano triglicidil etere, 2-(3,4-epossicicloesil)etiltrimetossisilano, poli(etilenglicole) diglicidil etere, olio di semi di soia epossidato, N,N-diglicidil-4-glicidilossianilina, bis3,4-epossicicloesilmetiladipato, diglicidil 1,2-cicloesano dicarbossilato, allil glicidil etere, fenil glicidil etere, diglicidil 4,5epossicicloesano-1,2-dicarbossilato, 4,4''-metilenbis[N,N-bis(2,3-epossipropil)anilina], tris(2,3-epossipropil) isocianurato, m-(2,3-epossipropossi)-N,N-bis(2,3-epossipropil)anilina, p-(2,3-epossipropossi)-N,N-bis(2,3-epossipropil)anilina, trietossi(3-glicidil ossipropil)silano, 1,2-epossicicloesano, tris(4-idrossifenil)metano triglicidiletere, resine epossi-fenoliche (incluse quelle derivanti da novolacche), 9-[2-(2-metossietossi)etossi]-9-[3-(ossiranilmetossi)propil]-2,5,8,10,13,16-esaoxa-9-silaheptadecano, glicidil stearato, resorcinolo diglicidiletere, 1,4-butandiolo diglicidil etere (BDGE), eteri vinicili, resine epossi-fenoliche (incluse quelle derivanti da diciclopentadiene), gomma acrilonitrilica-butadienica con funzionalit? carbossiliche (CTBN), gomma acrilonitrilica-butadienica con funzionalit? epossidiche (ETBN) e loro combinazioni e similari; -the first monomer? selected from the group consisting of: bisphenol A diglycidyl ether (DGEBA), bisphenol F diglycidyl ether (DGEBF), 3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4-epoxycyclohexanecarboxylate (CE), 4-vinyl-1-cyclohexane 1,2-epoxide, vinylcyclohexene dioxide, 4,5-epoxytetrahydrophthalic acid diglycidyl ester, glycidyl methacrylate, pentaerythritol glycidyl ether, trimethylolpropane triglycidyl ether, 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, poly(ethylene glycol) diglycidyl ether, epoxidized soybean oil, N,N-diglycidyl-4-glycidyloxyaniline, bis3,4-epoxycyclohexylmethyl adipate, diglycidyl 1,2-cyclohexane dicarboxylate, allyl glycidyl ether, phenyl glycidyl ether, diglycidyl 4,5epoxycyclohexane-1,2-dicarboxylate, 4,4''-methylenebis[N,N-bis(2,3-epoxypropyl)aniline], tris(2,3-epoxypropyl) isocyanurate, m-(2,3-epoxypropoxy)-N,N-bis(2,3-epoxypropyl)aniline, p-(2,3-epoxypropoxy)-N,N-bis(2,3-epoxypropyl)aniline, triethoxy(3-glycidyloxypropyl)silane, 1,2-epoxycyclohexane, tris(4-hydroxyphenyl)methane triglycidyl ether, epoxy-phenolic resins (including those derived from novolacs), 9-[2-(2-methoxyethoxy)ethoxy]-9-[3-(oxiranylmethoxy)propyl]-2,5,8,10,13,16-hexaoxa-9-silaheptadecane, glycidyl stearate, resorcinol diglycidyl ether, 1,4-butanediol diglycidyl ether (BDGE), vinyl ethers, epoxy-phenolic resins (including those derived from dicyclopentadiene), carboxylic acid-functional acrylonitrile butadiene rubber (CTBN), epoxy-functional acrylonitrile butadiene rubber (ETBN) and combinations thereof and similar;
-l?iniziatore cationico ? scelto dal gruppo consistente di: [4-(4-difenilsolfoniofenil)solfonilfenil]-difenilsolfonio triesafluorofosfato, (4-metilfenil) [4-(2-metilpropil)fenil]iodonio esafluorofosfato, (9-ossofluoren-2-il)-feniliodonio esafluoroantimonato, [4-(4-difenilsolfoniofenil)solfonilfenil]-difenilsolfonio esafluoroantimonato, [4-[(2-idrossitetradecil)ossi]fenil] feniliodonio esafluoroantimonato, 4-ottilossidifeniliodonio esafluoroantimonato, 10-(4-fenilfenil)-2-propan-2-iltioxanten-10-io-9-one esafluorofosfato, bis(4-dodecilfenil)iodonio esaflurorantomonato, bis-(4-t-butilfenil)iodonio esafluorofosfato, bis[4-(terz-butil)fenil]iodonio tetra(nonafluoro-terz-butossi) alluminato, difenil(4-feniltio)fenilsolfonio esafluorofosfato, difeniliodonio esafluorofosfato, bis(4-metilfenil)iodonio esafluorofosfato, (4-metilfenil)[4-(propan-2-il)fenil]iodonio tetrakis(2,3,4,5,6-pentafluorofenil) borato e loro combinazioni ; e -the cationic initiator? selected from the group consisting of: [4-(4-diphenylsulfoniophenyl)sulfonylphenyl]-diphenylsulfonium trieshafluorophosphate, (4-methylphenyl)[4-(2-methylpropyl)phenyl]iodonium hexafluorophosphate, (9-oxofluoren-2-yl)-pheniliodonium hexafluoroantimonate, [4-(4-diphenylsulfoniophenyl)sulfonylphenyl]-diphenylsulfonium hexafluoroantimonate, [4-[(2-hydroxytetradecyl)oxy]phenyl]pheniliodonium hexafluoroantimonate, 4-octyloxydipheniliodonium hexafluoroantimonate, 10-(4-phenylphenyl)-2-propan-2-ylthioxanthen-10-io-9-one hexafluorophosphate, bis(4-dodecylphenyl)iodonium hexafluroranthomonate, bis-(4-t-butylphenyl)iodonium hexafluorophosphate, bis[4-(tert-butyl)phenyl]iodonium tetra(nonafluoro-tert-butoxy)aluminate, diphenyl(4-phenylthio)phenylsulfonium hexafluorophosphate, diphenyliodonium hexafluorophosphate, bis(4-methylphenyl)iodonium hexafluorophosphate, (4-methylphenyl)[4-(propan-2-yl)phenyl]iodonium tetrakis(2,3,4,5,6-pentafluorophenyl) borate and combinations thereof; and
-il primo diluente ? scelto dal gruppo costituito da: glicidileteri polifunzionali, glicidileteri alifatici monofunzionali, glicidileteri aromatici monofunzionali, 3-etil-3-ossetanometanolo (EOM), 3-Metil-3-ossetanmetanolo, 1,4bis(glicidilossi)benzene (CHDGE), 1,6-esandiolo diglicidiletere (HDDGE), neopentil glicole diglicidil etere (NPDGE), 1,4-butandiolo diglicidil etere (BDGE) e loro combinazioni. -the first diluent is selected from the group consisting of: polyfunctional glycidyl ethers, monofunctional aliphatic glycidyl ethers, monofunctional aromatic glycidyl ethers, 3-ethyl-3-oxetanomethanol (EOM), 3-methyl-3-oxetanomethanol, 1,4bis(glycidyloxy)benzene (CHDGE), 1,6-hexanediol diglycidyl ether (HDDGE), neopentyl glycol diglycidyl ether (NPDGE), 1,4-butanediol diglycidyl ether (BDGE) and combinations thereof.
Preferibilmente, il primo composto pu? comprendere un materiale fotosensitizzante. Preferably, the first compound may comprise a photosensitizing material.
Vantaggiosamente, il materiale fotosensitizzante ? presente in una quantit? maggiore di o uguale a circa 0,00 1 mol % e minore di o uguale a circa 5 mol %. Preferibilmente, il materiale fotosensitizzante ? scelto nel gruppo consistente di: antracene, perilene, benzofenone, 9,10-dietossiantracene, 2,2-dimetossi-2-fenilacetofenone, 2-isopropiltioxantone (ITX), thioxanten-9-one, vinilcarbazolo e loro combinazioni; Advantageously, the photosensitizing material is present in an amount greater than or equal to about 0.00 1 mol % and less than or equal to about 5 mol %. Preferably, the photosensitizing material is selected from the group consisting of: anthracene, perylene, benzophenone, 9,10-diethoxyanthracene, 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, 2-isopropylthioxanthone (ITX), thioxanthen-9-one, vinylcarbazole and combinations thereof;
Alternativamente, detta quantit? di energia ? somministrata mediante radiazione elettromagnetica scelta nello spettro dell?ultravioletto. Alternatively, this amount of energy is delivered by electromagnetic radiation selected from the ultraviolet spectrum.
Alternativamente, detta energia ? somministrata per mezzo di sorgenti di energia operanti per convezione. Alternatively, this energy is supplied by means of energy sources operating by convection.
Secondo una forma di realizzazione alternativa, la fase continua pu? comprendere almeno un secondo composto comprendente: According to an alternative embodiment, the continuous phase may comprise at least one second compound comprising:
-un fotoiniziatore in una quantit? maggiore di o uguale a circa 0,01 mol % e minore di o uguale a circa il 10 mol %; -a photoinitiator in an amount greater than or equal to about 0.01 mol % and less than or equal to about 10 mol %;
- un secondo monomero in una quantit? maggiore di o uguale a circa 20 mol % e minore di o uguale a circa il 99,9 mol %; - a second monomer in an amount greater than or equal to about 20 mol % and less than or equal to about 99.9 mol %;
vantaggiosamente il secondo composto comprende inoltre: advantageously the second compound also includes:
-un composto ad azione sinergica in una quantit? maggiore di o uguale a 0 mol % e minore di o uguale a circa 50 mol %; -a compound with synergistic action in an amount greater than or equal to 0 mol % and less than or equal to approximately 50 mol %;
-un secondo diluente in una quantit? maggiore di 0 mol % e minore di o uguale a circa 70 mol %. -a second diluent in an amount greater than 0 mol % and less than or equal to approximately 70 mol %.
Preferibilmente, il secondo composto ? presente in una quantit? maggiore di o uguale a 0,1 mol% e minore di o uguale a 20 mol%. Convenientemente detto secondo composto ? sottoposto ad una fase di polimerizzazione preliminare a monte della testa di alimentazione. Vantaggiosamente, il secondo diluente ? selezionato dal gruppo costituito da: neopentil acrilato, 3-metil-1,5 pentadiolo diacrilato, 1,6-esandiolo diacrilato, 2-etilesil acrilato, 2-metossietil acrilato e loro combinazioni e similari. Preferibilmente il composto ad azione sinergica ? selezionato dal gruppo costituito da molecole esibenti gruppi ammina comprendente trietilammina, tri-N-butilammina, 2-dimetilamminoetanolo, N-metildietanolammina, trietanolammina, 2-(dimetilammino)etil benzoato, 4-(dimetilammino)benzoato di etile, 2-etilesil-4-dimetilammino-benzoato, isoamil 4-(dimetilammino) ? benzoato, 2-butossietil 4-(dimetilammino)-benzoato, N-fenilglicina, 4,4',4''-tris(dimetilammino)-trifenilmetano e loro combinazioni e similari oppure dal gruppo costituito da molecole esibenti gruppi tiolo, comprendente butil 3-mercaptopropionato, trimetilolpropantris(2-mercaptoacetato), trimetilolpropano - tris(2-mercaptopropionato), 2-benzotiazoletiolo, 2-benzimidazololiolo, 1,6-esano bis(3-mercaptopropionato), di[trimetilolpropano tri(3-mercaptopropionato)], pentaeritritolo tetrakis (3-mercaptobutirrato), 1,4-butandiil bis(3-mercaptobutirrato), trimetilolo propano tris (3-mercaptobutirrato) e loro combinazioni e similari. Vantaggiosamente, il fotoiniziatore ? selezionato dal gruppo costituito da: 2-idrossi-2-metilpropiofenone, 2,2-dimeti-2-idrossiacetofenone, 2-idrossi-2-metil-1-fenilpropanone, 2-idrossi-2-metil-4'-terz-butil-propiofenone, 2-idrossi-2-metil-1-(4-terzbutilfenil)-propanone, 1-idrossicicloesilfenilchetone, 2-idrossi-4'-(2-idrossietossi)-2-metil-propiofenone, 2-idrossi-[4'-(2-idrossipropossi)]-2-metilpropiofenone, 2-idrossi-[4'-(2-idrossipropossi)fenil]-2metilpropanone, oligo 2-idrossi-2-metil-1-[4-(1-metil-vinil)fenil]propanone, 2-idrossi-1-[4[4-(2-idrossi-2-metil-propionil)-benzil]-fenil]-2-metil-propano-1-one, 2-metil-4'-(metiltio)-2-morfolino-propiofenone, 2-benzil-2-(dimetilammino)-4-morfolinobutirrofenone, 2-(4-metilbenzil)-2-(dimetilammino)-4-morfolinobutirrofenone, 2,2-dimetossi-2fenil-acetofenone, 2,2-dietossi-2-fenil-acetofenone, 2,2-dietossi-1-feniletanone dietossiacetofenone, 2-isopropossi-2-fenilacetofenone, 2-N-butossi-2-fenilacetofenone, 2-isobutossi-2-fenilacetofenone, bis(2,4,6-trimetilbenzoil)-(2,4-bis-pentilossifenil)fosfina ossido, etil(2,4,6-trimetilbenzoil)fenil fosfinato, difenil-(2,4,6-trimetilbenzoil)fosfina ossido, fenil-bis-(2,4,6-trimetilbenzoile)fosfina ossido, 4'-(terz.butil)-2,2,2-tricloroacetofenone, 4'-(fenossi)-2,2-dicloroacetofenone, 2-(4-metossifenil)-4,6-bis-(triclorometil)-s-triazina, 2,4-bis(triclorometil)-6-p-metossistiril-s-triazina, 2,4-bis(triclorometil)-6-(3,4-dimetossi)-stiril-s-triazina, 2,4-bis(triclorometil)-6-(3,4-dimetossi)-stiril-striazina, 1-fenil-1,2-propandione-2-(o-etossi-carbonil) ossima, 1-[4-(feniltio)fenil]-ottano-1,2-dione-2-(o-benzoilossima), benzofenone, 4-metilbenzofenone, 3,3'-dimetil-4-metossibenzofenone, benzofenone-2-carbossi-(tetraetossi)acrilato, 4-fenilbenzofenone, 2-benzoilbenzoato di metile, 1-{-4-[benzoilfenilsolfo]fenil}-2-metil-2-(4-metilfenilsolfonil)-propan-1-one, 2-isopropiltioxantone, 4-isopropiltioxantone, 2,4-dietiltioxantone, 2-clorotioxantone, 2,4-dimetiltioxantone, 1-cloro-4-propossitioxantone, 2,4-diisopropiltioxantone, metil fenilgliossilato, 2-etilantrachinone, 2-etil-9,10-antracene dione, polietilenglicole-bis-[(4-acetilfenil)-piperazina propionato], 3-benzoil-7-metossi-2H-cromen-2-one e loro combinazioni. Preferibilmente il secondo monomero ? selezionato dal gruppo costituito da monomeri di (met)acrilato, comprendente: triciclodecano dimetanolo diacrilato, 3-[2,2-dimetil-1-osso-3-[(1-osso-2-propenil)ossi]propossi]-2,2-dimetilpropil acrilato, diidro diciclopenta dienil acrilato, pentaeritritolo triacrilato, pentaerilritolo tetrametacrilato, dipropilenglicole diacrilato, ditrimetilol propano tetraacrilato, isobornil acrilato, dipentaeritritolo esacrilato, terz-butil acrilato, trimetilol propano triacrilato, tripropilenglicole diacrilato, bisfenolo A diacrilato n etossilato (con 1< n < = 10) , bisfenolo A diacrilato, 3,3,5-trimetilcicloesil acrilato, (5-etil-1,3-diossan-5-il)metil acrilato, trimetilol propano triacrilato n etossilato (con 1< n < = 10) , neopentilglicole diacrilato, trietilene glicole diacrilato, fenossietil acrilato, tetra idro furfuril acrilato, isobutile acrilato, dodecil acrilato, butil acrilato, isodecil acrilato, dodecafluoroeptil acrilato, esaidro-4,7-metano-1H-indenil acrilato, Acido acrilico oppure dal gruppo costituito da monomeri di acrilammide, comprendente N,N - dimetilacrilammide, isobutilmetilol acrilammide acrilato, 4-acriloilmorfolino, N-isopropilacrilammide, N,N-dimetilammino propilacrilammide, N-idrossietilacrilammide, N,N-dietil acrilammide, tris[2-(acriloilossi)etil] isocianurato. Preferably, the second compound is present in an amount greater than or equal to 0.1 mol% and less than or equal to 20 mol%. Conveniently, said second compound is subjected to a preliminary polymerization step upstream of the feed head. Advantageously, the second diluent is selected from the group consisting of: neopentyl acrylate, 3-methyl-1,5-pentadiol diacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, 2-methoxyethyl acrylate and combinations thereof and the like. Preferably the synergistic compound is selected from the group consisting of molecules exhibiting amine groups including triethylamine, tri-N-butylamine, 2-dimethylaminoethanol, N-methyldiethanolamine, triethanolamine, 2-(dimethylamino)ethyl benzoate, ethyl 4-(dimethylamino)benzoate, 2-ethylhexyl-4-dimethylamino-benzoate, isoamyl 4-(dimethylamino)? benzoate, 2-butoxyethyl 4-(dimethylamino)-benzoate, N-phenylglycine, 4,4',4''-tris(dimethylamino)-triphenylmethane and their combinations and similar compounds or from the group consisting of molecules exhibiting thiol groups, including butyl 3-mercaptopropionate, trimethylolpropanetris(2-mercaptoacetate), trimethylolpropane - tris(2-mercaptopropionate), 2-benzothiazolethiol, 2-benzimidazolethiol, 1,6-hexane bis(3-mercaptopropionate), di[trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate)], pentaerythritol tetrakis(3-mercaptobutyrate), 1,4-butanediyl bis(3-mercaptobutyrate), trimethylol propane tris(3-mercaptobutyrate) and their combinations and similar compounds. Advantageously, the photoinitiator is selected from the group consisting of: 2-hydroxy-2-methylpropiophenone, 2,2-dimethyl-2-hydroxyacetophenone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropanone, 2-hydroxy-2-methyl-4'-tert-butyl-propiophenone, 2-hydroxy-2-methyl-1-(4-tert-butylphenyl)-propanone, 1-hydroxycyclohexylphenylketone, 2-hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methyl-propiophenone, 2-hydroxy-[4'-(2-hydroxypropoxy)]-2-methylpropiophenone, 2-hydroxy-[4'-(2-hydroxypropoxy)phenyl]-2methylpropanone, oligo 2-hydroxy-2-methyl-1-[4-(1-methyl-vinyl)phenyl]propanone, 2-hydroxy-1-[4[4-(2-hydroxy-2-methyl-propionyl)-benzyl]-phenyl]-2-methyl-propane-1-one, 2-methyl-4'-(methylthio)-2-morpholino-propiophenone, 2-benzyl-2-(dimethylamino)-4-morpholinobutyrophenone, 2-(4-methylbenzyl)-2-(dimethylamino)-4-morpholinobutyrophenone, 2,2-dimethoxy-2-phenyl-acetophenone, 2,2-diethoxy-2-phenyl-acetophenone, 2,2-diethoxy-1-phenylethanone diethoxyacetophenone, 2-isopropoxy-2-phenylacetophenone, 2-N-butoxy-2-phenylacetophenone, 2-isobutoxy-2-phenylacetophenone, bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-(2,4-bis-pentyloxyphenyl)phosphine oxide, ethyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phenyl phosphinate, diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, phenyl-bis-(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, 4'-(tert.butyl)-2,2,2-trichloroacetophenone, 4'-(phenoxy)-2,2-dichloroacetophenone, 2-(4-methoxyphenyl)-4,6-bis-(trichloromethyl)-s-triazine, 2,4-bis(trichloromethyl)-6-p-methoxystyryl-s-triazine, 2,4-bis(trichloromethyl)-6-(3,4-dimethoxy)-styryl-s-triazine, 2,4-bis(trichloromethyl)-6-(3,4-dimethoxy)-styryl-striazine, 1-phenyl-1,2-propandione-2-(o-ethoxy-carbonyl) oxime, 1-[4-(phenylthio)phenyl]-octane-1,2-dione-2-(o-benzoyloxime), benzophenone, 4-methylbenzophenone, 3,3'-dimethyl-4-methoxybenzophenone, benzophenone-2-carboxy-(tetraethoxy)acrylate, 4-phenylbenzophenone, methyl 2-benzoylbenzoate, 1-{-4-[benzoylphenylsulfo]phenyl}-2-methyl-2-(4-methylphenylsulfonyl)-propan-1-one, 2-isopropylthioxanthone, 4-isopropylthioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone, 2-chlorothioxanthone, 2,4-dimethylthioxanthone, 1-chloro-4-propoxythioxanthone, 2,4-diisopropylthioxanthone, methyl phenylglyoxylate, 2-ethylanthraquinone, 2-ethyl-9,10-anthracene dione, polyethylene glycol-bis-[(4-acetylphenyl)-piperazine propionate], 3-benzoyl-7-methoxy-2H-chromen-2-one and combinations thereof. Preferably the second monomer ? selected from the group consisting of (meth)acrylate monomers, comprising: tricyclodecane dimethanol diacrylate, 3-[2,2-dimethyl-1-oxo-3-[(1-oxo-2-propenyl)oxy]propoxy]-2,2-dimethylpropyl acrylate, dihydro dicyclopentadienyl acrylate, pentaerythritol triacrylate, pentaerythritol tetramethacrylate, dipropylene glycol diacrylate, ditrimethylol propane tetraacrylate, isobornyl acrylate, dipentaerythritol hexacrylate, tert-butyl acrylate, trimethylol propane triacrylate, tripropylene glycol diacrylate, bisphenol A diacrylate n-ethoxylate (with 1< n < = 10), bisphenol A diacrylate, 3,3,5-trimethylcyclohexyl acrylate, (5-ethyl-1,3-dioxan-5-yl)methyl acrylate, trimethylol propane triacrylate n ethoxylate (with 1< n < = 10), neopentyl glycol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, phenoxyethyl acrylate, tetrahydrofurfuryl acrylate, isobutyl acrylate, dodecyl acrylate, butyl acrylate, isodecyl acrylate, dodecafluoroheptyl acrylate, hexahydro-4,7-methane-1H-indenyl acrylate, Acrylic acid or from the group consisting of acrylamide monomers, including N,N - dimethylacrylamide, isobutylmethylol acrylamide acrylate, 4-acryloylmorpholino, N-isopropylacrylamide, N,N-dimethylaminopropylacrylamide, N-hydroxyethylacrylamide, N,N-diethyl acrylamide, tris[2-(acryloyloxy)ethyl] isocyanurate.
Alternativamente, il secondo monomero ? selezionato dal gruppo di monomeri contenenti gruppi uretani ed esibenti funzionalit? (met)acrilato. Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell?invenzione appariranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di alcune forme di esecuzione preferite, ma non esclusive, di un metodo per la stampa tridimensionale di materiali compositi a fibre secondo la presente invenzione. Alternatively, the second monomer is selected from the group of monomers containing urethane groups and exhibiting (meth)acrylate functionality. Further features and advantages of the invention will become more apparent from the detailed description of some preferred, but not exclusive, embodiments of a method for three-dimensional printing of fiber composite materials according to the present invention.
Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings
Tale descrizione verr? esposta qui di seguito con riferimento agli uniti disegni, forniti a scopo solo indicativo e pertanto non limitativo nei quali: This description will be set out below with reference to the attached drawings, provided for indicative purposes only and therefore not limiting, in which:
-le figure 1a-1c mostrano tre momenti successivi della fase di deposizione di un elemento filiforme continuo del metodo per la stampa tridimensionale di materiali compositi secondo la presente invenzione in cui la sorgente di energia trasmette energia direttamente alla fase continua fino al raggiungimento della temperatura di innesco di una reazione di polimerizzazione frontale; - Figures 1a-1c show three successive moments of the deposition phase of a continuous thread-like element of the method for three-dimensional printing of composite materials according to the present invention in which the energy source transmits energy directly to the continuous phase until the trigger temperature of a frontal polymerization reaction is reached;
-le figure 2a-2c mostrano tre momenti successivi della fase di deposizione di un elemento filiforme continuo del metodo per la stampa tridimensionale di materiali compositi secondo la presente invenzione in cui la sorgente di energia trasmette energia alla fase dispersa che di conseguenza aumenta la propria temperatura trasmettendo calore alla fase continua fino al raggiungimento della temperatura di innesco di una reazione di polimerizzazione frontale; - figures 2a-2c show three successive moments of the deposition phase of a continuous thread-like element of the method for three-dimensional printing of composite materials according to the present invention in which the energy source transmits energy to the dispersed phase which consequently increases its temperature transmitting heat to the continuous phase until the trigger temperature of a frontal polymerization reaction is reached;
-le figure 3a-3c mostrano tre momenti successivi della fase di deposizione di un elemento filiforme continuo del metodo per la stampa tridimensionale di materiali compositi secondo la presente invenzione in cui la sorgente di energia trasmette energia alla fase dispersa, nel caso specifico in cui la fase dispersa contiene del materiale discontinuo o polverulento; -figures 3a-3c show three successive moments of the deposition phase of a continuous thread-like element of the method for three-dimensional printing of composite materials according to the present invention in which the energy source transmits energy to the dispersed phase, in the specific case in which the dispersed phase contains discontinuous or powdery material;
- la figura 4 mostra un?apparecchiatura per la stampa tridimensionale di materiali compositi che implementa il metodo secondo la presente invenzione. - Figure 4 shows an apparatus for three-dimensional printing of composite materials that implements the method according to the present invention.
Descrizione dettagliata di forme realizzative dell?invenzione Detailed description of embodiments of the invention
Con riferimento alle figure, una apparecchiatura per la stampa tridimensionale di materiali compositi a fibre ? indicata nella sua interezza dal riferimento numero 100. In particolare, l?apparecchiatura 100 ? adatta alla stampa di un materiale composito a partire da un elemento filiforme continuo 4 costituito da almeno una fase continua 2 ed almeno una fase dispersa 3. With reference to the figures, an apparatus for the three-dimensional printing of fibre composite materials is indicated in its entirety by the reference number 100. In particular, the apparatus 100 is suitable for printing a composite material starting from a continuous thread-like element 4 consisting of at least one continuous phase 2 and at least one dispersed phase 3.
Generalmente, la suddetta almeno una fase dispersa 3 comprende materiale in fibra scelto tra fibre di carbonio, fibre di vetro, fibre di poli parafenilene tereftalammide, fibre di polietilene ad altissimo peso molecolare (UHWMPE), fibre di poli ariletere chetoni (PAEK), fibre di poli parafenilene ? 2,6 ? benzobisossazolo, fibre di poli etere sulfone (PES), fibre di berillio, fibre di tungsteno, nanofibre di carbonio, fibre di carburo di silicio (SiC), fibre di boro, fibre di poli immide (PI), fibre di poli benzoimidazolo, fibre di poli ossimetilene (POM), fibre di poli etere immide (PEI), fibre in lega metallica, fibre di basalto, fibre naturali, e loro combinazioni e loro combinazioni<.>Generally, the aforementioned at least one dispersed phase 3 comprises fiber material selected from carbon fibers, glass fibers, poly paraphenylene terephthalamide fibers, ultra high molecular weight polyethylene (UHWMPE) fibers, poly arylether ketone (PAEK) fibers, poly paraphenylene ? 2,6 ? benzobisoxazole fibers, poly ether sulfone (PES) fibers, beryllium fibers, tungsten fibers, carbon nanofibers, silicon carbide (SiC) fibers, boron fibers, polyimide (PI) fibers, poly benzoimidazole fibers, poly oxymethylene (POM) fibers, poly ether imide (PEI) fibers, metal alloy fibers, basalt fibers, natural fibers, and combinations thereof.
Generalmente, le fibre comprese nella fase dispersa 3 possono essere una o pi? fibre continue o lunghe unite assieme a formare un elemento continuo o possono essere fibre corte (non unite assieme). Generally, the fibers included in the dispersed phase 3 may be one or more continuous or long fibers joined together to form a continuous element or they may be short fibers (not joined together).
La fase dispersa 3 pu? inoltre comprendere, come nel caso delle figure 3a-3c, materiale polverulento o in forma di nanostrutture configurato per specifici compiti quale quello di ricevere energia, preferibilmente mediante radiazione elettromagnetica, da una apposita sorgente di energia 8 per innalzare la temperatura della fase dispersa 3 e/o della fase continua 2 al fine di avviare una reazione di polimerizzazione frontale. The dispersed phase 3 may also comprise, as in the case of figures 3a-3c, powdery material or in the form of nanostructures configured for specific tasks such as receiving energy, preferably by electromagnetic radiation, from a specific energy source 8 to raise the temperature of the dispersed phase 3 and/or of the continuous phase 2 in order to start a frontal polymerization reaction.
Il materiale polverulento ? scelto tra nerofumo (carbon black), diossido di silicio, grafite, ossido di titanio, nitruro di boro, ossido di zirconio, carbonato di calcio, fosfato di calcio, disolfuro di molibdeno, lignina e loro combinazioni. The powdery material is selected from carbon black, silicon dioxide, graphite, titanium oxide, boron nitride, zirconium oxide, calcium carbonate, calcium phosphate, molybdenum disulfide, lignin and their combinations.
Il materiale in forma di nanostrutture ? scelto tra grafene, nanofibre di carbonio a parete singola, nanofibre di carbonio a parete multipla, fullerene, nanopiastre di argilla e loro combinazioni. The material in the form of nanostructures is chosen from graphene, single-walled carbon nanofibers, multi-walled carbon nanofibers, fullerene, clay nanoplates and their combinations.
Preferibilmente, la fase continua comprende almeno un primo composto comprendente: Preferably, the continuous phase comprises at least a first compound comprising:
-un iniziatore termico in una quantit? maggiore di o uguale a circa 0,001 mol % e minore di o uguale a circa il 10 mol %; -a thermal initiator in an amount greater than or equal to about 0.001 mol % and less than or equal to about 10 mol %;
- un primo monomero in una quantit? maggiore di o uguale a circa 20 mol % e minore di o uguale a circa il 99,9 mol %; - a first monomer in an amount greater than or equal to about 20 mol % and less than or equal to about 99.9 mol %;
-un iniziatore cationico in una quantit? maggiore di o uguale a circa 0,001 mol % e minore di o uguale a circa 10 mol % di; e -a cationic initiator in an amount greater than or equal to about 0.001 mol % and less than or equal to about 10 mol %; and
-un primo diluente in una quantit? maggiore di o uguale a circa 0 mol % e minore di o uguale a circa 70 mol %. -a first diluent in an amount greater than or equal to about 0 mol % and less than or equal to about 70 mol %.
Preferibilmente, l?iniziatore termico ? selezionato dal gruppo costituito da: 1,1,2,2-tetrafenil-1,2-etandiolo (TPED), benzopinacol bistrimetilsilil etere (TPED-Si), dimetilsolfonilperossido (DMSP), terz-butilperossido (TBPO), terzbutilcicloesilperossodicarbonato (TBC-PDC), benzoilperossido (BPO), azobis(isobutirronitrile) (AIBN) e loro combinazioni. Preferibilmente, il primo monomero ? selezionato dal gruppo costituito da: bisfenolo A diglicidiletere (DGEBA), bisfenolo F diglicidiletere (DGEBF), 3,4-epossicicloesilmetil 3,4-epossicicloesancarbossilato (CE), 4-vinil-1-cicloesano 1,2 epossido, biossido di vinilcicloesene, diglicidilestere dell'acido 4,5-epossitetraidroftalico, glicidil metacrilato, pentaeritritolo glicidil etere, trimetilolpropano triglicidil etere, 2-(3,4-epossicicloesil)etiltrimetossisilano, poli(etilenglicole) diglicidil etere, olio di semi di soia epossidato, N,N-diglicidil-4-glicidilossianilina, bis3,4-epossicicloesilmetiladipato, diglicidil 1,2-cicloesano dicarbossilato, allil glicidil etere, fenil glicidil etere, diglicidil 4,5-epossicicloesano-1,2-dicarbossilato, 4,4''-metilenbis[N,N-bis(2,3-epossipropil)anilina], tris(2,3-epossipropil) isocianurato, m-(2,3-epossipropossi)-N,N-bis(2,3-epossipropil)anilina, p-(2,3-epossipropossi)-N,N-bis(2,3-epossipropil)anilina, trietossi(3-glicidil ossipropil)silano, 1,2-epossicicloesano, tris(4-idrossifenil)metano triglicidiletere, resine epossifenoliche (incluse quelle derivanti da novolacche), 9-[2-(2-metossietossi)etossi]-9-[3-(ossiranilmetossi)propil]-2,5,8,10,13,16-esaoxa-9-silaheptadecano, glicidil stearato, resorcinolo diglicidiletere, 1,4-butandiolo diglicidil etere (BDGE), eteri vinicili, resine epossi-fenoliche (incluse quelle derivanti da diciclopentadiene), gomma acrilonitrilica-butadienica con funzionalit? carbossiliche (CTBN), gomma acrilonitrilica-butadienica con funzionalit? epossidiche (ETBN) e loro combinazioni; Preferibilmente l?iniziatore cationico ? scelto tra[4-(4-difenilsolfoniofenil)solfonilfenil]-difenilsolfonio triesafluorofosfato, (4-metilfenil) [4-(2-metilpropil)fenil]iodonio esafluorofosfato, (9-ossofluoren-2-il)-feniliodonio esafluoroantimonato, [4-(4-difenilsolfoniofenil)solfonilfenil]-difenilsolfonio esafluoroantimonato, [4-[(2-idrossitetradecil)ossi]fenil] feniliodonio esafluoroantimonato, 4-ottilossidifeniliodonio esafluoroantimonato, 10-(4-fenilfenil)-2-propan-2-iltioxanten-10-io-9-one esafluorofosfato, bis(4-dodecilfenil)iodonio esaflurorantomonato, bis-(4-t-butilfenil)iodonio esafluorofosfato, bis[4-(terz-butil)fenil]iodonio tetra(nonafluoro-terz-butossi) alluminato, difenil(4-feniltio)fenilsolfonio esafluorofosfato, difeniliodonio esafluorofosfato, bis(4-metilfenil)iodonio esafluorofosfato, (4-metilfenil)[4-(propan-2-il)fenil]iodonio tetrakis(2,3,4,5,6-pentafluorofenil) borato e loro combinazioni. Preferably, the thermal initiator is selected from the group consisting of: 1,1,2,2-tetraphenyl-1,2-ethanediol (TPED), benzopinacol bistrimethylsilyl ether (TPED-Si), dimethylsulfonyl peroxide (DMSP), tert-butyl peroxide (TBPO), tert-butylcyclohexylperoxodicarbonate (TBC-PDC), benzoyl peroxide (BPO), azobis(isobutyronitrile) (AIBN) and combinations thereof. Preferably, the first monomer is selected from the group consisting of: 1,1,2,2-tetraphenyl-1,2-ethanediol (TPED), benzopinacol bistrimethylsilyl ether (TPED-Si), dimethylsulfonyl peroxide (DMSP), tert-butyl peroxide (TBPO), tert-butylcyclohexylperoxodicarbonate (TBC-PDC), benzoyl peroxide (BPO), azobis(isobutyronitrile) (AIBN) and combinations thereof. selected from the group consisting of: bisphenol A diglycidyl ether (DGEBA), bisphenol F diglycidyl ether (DGEBF), 3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4-epoxycyclohexanecarboxylate (CE), 4-vinyl-1-cyclohexane 1,2-epoxide, vinylcyclohexene dioxide, 4,5-epoxytetrahydrophthalic acid diglycidyl ester, glycidyl methacrylate, pentaerythritol glycidyl ether, trimethylolpropane triglycidyl ether, 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, poly(ethylene glycol) diglycidyl ether, epoxidized soybean oil, N,N-diglycidyl-4-glycidyloxyaniline, bis3,4-epoxycyclohexylmethyl adipate, diglycidyl 1,2-cyclohexane dicarboxylate, allyl glycidyl ether, phenyl glycidyl ether, diglycidyl 4,5-epoxycyclohexane-1,2-dicarboxylate, 4,4''-methylenebis[N,N-bis(2,3-epoxypropyl)aniline], tris(2,3-epoxypropyl) isocyanurate, m-(2,3-epoxypropoxy)-N,N-bis(2,3-epoxypropyl)aniline, p-(2,3-epoxypropoxy)-N,N-bis(2,3-epoxypropyl)aniline, triethoxy(3-glycidyloxypropyl)silane, 1,2-epoxycyclohexane, tris(4-hydroxyphenyl)methane triglycidyl ether, epoxyphenolic resins (including those derived from novolacs), 9-[2-(2-methoxyethoxy)ethoxy]-9-[3-(oxiranylmethoxy)propyl]-2,5,8,10,13,16-hexaoxa-9-silaheptadecane, glycidyl stearate, resorcinol diglycidyl ether, 1,4-butanediol diglycidyl ether (BDGE), vinyl ethers, epoxy-phenolic resins (including those derived from dicyclopentadiene), carboxylic acid-functional acrylonitrile butadiene rubber (CTBN), epoxy-functional acrylonitrile butadiene rubber (ETBN) and combinations thereof; Preferably the cationic initiator is selected from [4-(4-diphenylsulfoniophenyl)sulfonylphenyl]-diphenylsulfonium trieshafluorophosphate, (4-methylphenyl)[4-(2-methylpropyl)phenyl]iodonium hexafluorophosphate, (9-oxofluoren-2-yl)-pheniliodonium hexafluoroantimonate, [4-(4-diphenylsulfoniophenyl)sulfonylphenyl]-diphenylsulfonium hexafluoroantimonate, [4-[(2-hydroxytetradecyl)oxy]phenyl]pheniliodonium hexafluoroantimonate, 4-octyloxydipheniliodonium hexafluoroantimonate, 10-(4-phenylphenyl)-2-propan-2-ylthioxanthen-10-io-9-one hexafluorophosphate, bis(4-dodecylphenyl)iodonium hexafluroranthomonate, bis-(4-t-butylphenyl)iodonium hexafluorophosphate, bis[4-(tert-butyl)phenyl]iodonium tetra(nonafluoro-tert-butoxy)aluminate, diphenyl(4-phenylthio)phenylsulfonium hexafluorophosphate, diphenyliodonium hexafluorophosphate, bis(4-methylphenyl)iodonium hexafluorophosphate, (4-methylphenyl)[4-(propan-2-yl)phenyl]iodonium tetrakis(2,3,4,5,6-pentafluorophenyl) borate and combinations thereof.
Preferibilmente, il diluente ? scelto dal gruppo costituito da: glicidileteri polifunzionali, glicidileteri alifatici monofunzionali, glicidileteri aromatici monofunzionali, 3-etil-3-ossetanometanolo (EOM), 3-Metil-3-ossetanmetanolo, 1,4-bis(glicidilossi)benzene (CHDGE), 1,6-esandiolo diglicidiletere (HDDGE), neopentil glicole diglicidil etere (NPDGE), 1,4-butandiolo diglicidil etere (BDGE) e loro combinazioni e similari. Preferably, the diluent is selected from the group consisting of: polyfunctional glycidyl ethers, monofunctional aliphatic glycidyl ethers, monofunctional aromatic glycidyl ethers, 3-ethyl-3-oxetanomethanol (EOM), 3-methyl-3-oxetanomethanol, 1,4-bis(glycidyloxy)benzene (CHDGE), 1,6-hexanediol diglycidyl ether (HDDGE), neopentyl glycol diglycidyl ether (NPDGE), 1,4-butanediol diglycidyl ether (BDGE) and combinations thereof and the like.
Nell?elemento filiforme continuo 4 possono, inoltre, essere presenti altri additivi e rinforzi. In the continuous thread-like element 4, other additives and reinforcements may also be present.
Secondo una altra forma di realizzazione, l?elemento filiforme continuo 4 ed in particolare la sua fase continua 2 pu? comprendere un materiale fotosensitizzante configurato per ricevere una energia somministrata mediante radiazione elettromagnetica 5 nello spettro ultravioletto o visibile da una apposita sorgente di energia 8 in modo da attivare chimicamente detto fotosensitizzante a sua volta attivante un iniziatore cationico per generare una reazione esotermica atta ad innalzare la temperatura della fase continua fino alla temperatura di innesco di una reazione di polimerizzazione di tipo frontale. According to another embodiment, the continuous thread-like element 4 and in particular its continuous phase 2 can comprise a photosensitizing material configured to receive energy administered by electromagnetic radiation 5 in the ultraviolet or visible spectrum from a specific energy source 8 so as to chemically activate said photosensitizer which in turn activates a cationic initiator to generate an exothermic reaction capable of raising the temperature of the continuous phase up to the trigger temperature of a frontal polymerization reaction.
Preferibilmente, il materiale fotosensitizzante ? presente in una quantit? maggiore di o uguale a circa 0,001 mol % e minore di o uguale a circa 5 mol %. Preferably, the photosensitizing material is present in an amount greater than or equal to about 0.001 mol % and less than or equal to about 5 mol %.
Il materiale fotosensitizzante ? scelto nel gruppo consistente di: antracene, perilene, benzofenone, 9,10-dietossiantracene, 2,2-dimetossi-2-fenilacetofenone, 2-isopropiltioxantone (ITX), thioxanten-9-one, vinilcarbazolo e loro combinazioni. The photosensitizing material is selected from the group consisting of: anthracene, perylene, benzophenone, 9,10-diethoxyanthracene, 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone, 2-isopropylthioxanthone (ITX), thioxanthen-9-one, vinylcarbazole and their combinations.
L?apparecchiatura 100 comprende una testa di alimentazione 7 di un elemento filiforme continuo 4, una superficie di supporto 9 su cui viene deposto l?elemento filiforme continuo 4 per realizzare l?oggetto, preferibilmente tridimensionale 20 da stampare, un gruppo di movimentazione relativa tra la testa di alimentazione 7 e la superficie di supporto 9, in modo da esercitare una trazione dell?elemento filiforme continuo 4, una sorgente di energia 8 configurata per somministrare all?elemento filiforme continuo 4 predeterminata quantit? di energia. The apparatus 100 comprises a feeding head 7 for a continuous thread-like element 4, a support surface 9 on which the continuous thread-like element 4 is placed to create the object, preferably three-dimensional 20 to be printed, a relative movement group between the feeding head 7 and the support surface 9, so as to exert traction on the continuous thread-like element 4, an energy source 8 configured to supply the continuous thread-like element 4 with a predetermined amount of energy.
Nello specifico, la sorgente di energia 8 ? configurata per somministrare all?elemento filiforme continuo 4 predeterminata quantit? di energia tale da portare la sua fase continua a temperatura di innesco tale da innescare un fronte di reazione di polimerizzazione di tipo frontale nella fase continua stessa. Specifically, the energy source 8 is configured to supply the continuous thread-like element 4 with a predetermined amount of energy such as to bring its continuous phase to an ignition temperature such as to trigger a frontal polymerization reaction front in the continuous phase itself.
La reazione di polimerizzazione di tipo frontale potrebbe essere una reazione di tipo RICFP <(>Radical Induced Cationic Frontal Polymerization). La rapida formazione di network molecolari ad elevato grado di conversione (conversione monomero-polimero) che si ottiene a seguito di reazioni di polimerizzazione di tipo frontale, permette a questo tipo di reazione di essere considerata una valida alternativa a tradizionali processi impiegati nella produzione di materiali compositi a matrice polimerica. In aggiunta, le reazioni di polimerizzazione di tipo frontale sfruttano il calore generato dalla reazione stessa per generare un fronte di reazione autopropagante, rendendola energeticamente pi? efficiente ed i prodotti di reazione pi? omogenei. The frontal polymerization reaction could be a RICFP <(>Radical Induced Cationic Frontal Polymerization) reaction. The rapid formation of molecular networks with a high degree of conversion (monomer-polymer conversion) that is obtained following frontal polymerization reactions, allows this type of reaction to be considered a valid alternative to traditional processes used in the production of polymer matrix composite materials. In addition, frontal polymerization reactions exploit the heat generated by the reaction itself to generate a self-propagating reaction front, making it more energetically efficient and the reaction products more homogeneous.
La testa di alimentazione 7 ? vantaggiosamente supportata da un gruppo di movimentazione per la movimentazione relativa tra la stessa testa di alimentazione 7 e l?oggetto 20 da stampare. The feed head 7 is advantageously supported by a movement group for the relative movement between the feed head 7 itself and the object 20 to be printed.
Durante l?alimentazione dell?elemento filiforme continuo 4, il gruppo di movimentazione esercita una forza di trazione sull?elemento filiforme continuo 4 e quindi anche sulle fibre continue in esso contenute. During the feeding of the continuous thread-like element 4, the movement group exerts a traction force on the continuous thread-like element 4 and therefore also on the continuous fibres contained therein.
Di conseguenza, questa forza di trazione viene anche trasferita alle fibre. As a result, this tensile force is also transferred to the fibers.
Si noti che questa forza di trazione provoca l?alimentazione dello stesso elemento filiforme continuo 4 all?interno della testa di alimentazione 7. Note that this pulling force causes the same continuous thread-like element 4 to be fed into the feed head 7.
Di conseguenza, maggiore ? la velocit? relativa, pi? veloce ? l?avanzamento dell?elemento filiforme continuo 4. Consequently, the higher the relative speed, the faster the advancement of the continuous thread-like element 4.
Secondo una forma di realizzazione alternativa, l?alimentazione dell?elemento filiforme continuo 4 avviene per mezzo di estrusione dello stesso dalla testa di alimentazione 7. According to an alternative embodiment, the continuous thread-like element 4 is fed by extruding it from the feed head 7.
Vantaggiosamente, l?alimentazione dell?elemento filiforme continuo 4 avviene per mezzo di estrusione dello stesso nel caso in cui detta fase dispersa 3 comprenda fibre discontinue, polverulente o nanostrutture. Advantageously, the continuous thread-like element 4 is fed by extruding it if the dispersed phase 3 comprises discontinuous, powdery fibres or nanostructures.
In ulteriore dettaglio, i mezzi di movimento comprendono almeno una macchina con movimento a controllo numerico su almeno tre assi. In further detail, the means of movement include at least one machine with numerically controlled movement on at least three axes.
Secondo una prima forma di realizzazione non mostrata nelle figure, la macchina a controllo numerico comprende un braccio motorizzato 23 per supportare la testa di alimentazione 7 sopra menzionata in corrispondenza di una rispettiva porzione di estremit?. According to a first embodiment not shown in the figures, the numerically controlled machine comprises a motorized arm 23 to support the above-mentioned feeding head 7 at a respective end portion.
Il braccio motorizzato 23, che non ? descritto o illustrato in dettaglio in quanto di tipo noto, ? atto a muovere la testa in almeno tre assi spaziali, orientando la testa di alimentazione secondo qualsiasi posizione rispetto all?oggetto 20. The motorized arm 23, which is not described or illustrated in detail as it is of a known type, is capable of moving the head in at least three spatial axes, orienting the feed head to any position with respect to the object 20.
Si noti che la superficie di supporto 9, che ? disposta sotto la testa di alimentazione 7, pu?, a sua volta, essere mobile in avvicinamento/allontanamento dalla testa di alimentazione 7. Detta superficie di supporto 9 pu? essere costituita da detto elemento filiforme continuo 4 precedentemente depositato nel corso della realizzazione dell?oggetto tridimensionale 20. Note that the support surface 9, which is arranged under the feed head 7, can, in turn, be movable towards/away from the feed head 7. Said support surface 9 can be constituted by said continuous thread-like element 4 previously deposited during the production of the three-dimensional object 20.
Secondo una prima forma di realizzazione, mostrata nelle figure 1a-1c la sorgente di energia 8 pu? essere costituita da una sorgente di emissione di calore prevista per riscaldare l?elemento filiforme continuo 4. According to a first embodiment, shown in figures 1a-1c, the energy source 8 can be constituted by a heat emission source intended to heat the continuous thread-like element 4.
Le sorgenti di energia 8 di questo tipo sono generalmente basate sulla fornitura di un flusso di aria calda 5. Energy sources 8 of this type are generally based on the supply of a flow of hot air 5.
Alternativamente, la sorgente di energia 8 pu? essere una sorgente di radiazioni elettromagnetiche ( fig 2a-2c;3a-3c). In questo caso, la sorgente di energia 8 pu? ad esempio essere costituita da almeno una sorgente di radiazione elettromagnetica nel campo dell?infrarosso o dell?ultravioletto in funzione del tipo di materiale di cui ? composto l?elemento filiforme continuo 4. Alternatively, the energy source 8 may be a source of electromagnetic radiation (fig 2a-2c; 3a-3c). In this case, the energy source 8 may for example consist of at least one source of electromagnetic radiation in the infrared or ultraviolet range depending on the type of material the continuous thread-like element 4 is made of.
La sorgente di energia 8 ? posizionata a valle della testa di alimentazione ed ? configurata per somministrare energia all?elemento filiforme continuo 4 in corrispondenza della superficie di supporto 9. The energy source 8 is positioned downstream of the power head and is configured to deliver energy to the continuous wire element 4 at the support surface 9.
In ogni caso, la sorgente di energia 8 ? configurata per trasferire energia all?elemento filiforme continuo 4 o ad almeno una sua fase sostanzialmente per tutto il processo di deposizione ed in diversi punti dell?elemento di deposizione stesso. In any case, the energy source 8 is configured to transfer energy to the continuous thread-like element 4 or to at least one phase thereof substantially throughout the deposition process and at different points of the deposition element itself.
In altri termini, la sorgente di energia 8 ? configurata per sottoporre ripetutamente l?elemento filiforme continuo 4 durante la sua deposizione ad una predeterminata quantit? di energia. In other words, the energy source 8 is configured to repeatedly subject the continuous thread-like element 4 during its deposition to a predetermined amount of energy.
Secondo una forma di realizzazione alternativa la sorgente di energia 8 ? configurata per sottoporre in modo continuo l?elemento filiforme continuo 4, durante la sua deposizione, ad una predeterminata quantit? di energia; come ad esempio mostrato nelle figure 1a-3c. Si noti che detta quantit? di energia pu? non essere costante nel corso della fase di deposizione. Convenientemente detta quantit? di energia pu? essere modulata in funzione della velocit? di detta movimentazione relativa. According to an alternative embodiment, the energy source 8 is configured to continuously subject the continuous thread-like element 4, during its deposition, to a predetermined amount of energy; as shown for example in figures 1a-3c. It should be noted that said amount of energy may not be constant during the deposition phase. Conveniently, said amount of energy may be modulated as a function of the speed of said relative movement.
La somministrazione di energia all?elemento filiforme continuo 4 avvenendo durante la deposizione dell?elemento filiforme continuo 4 sulla superficie di supporto 9 secondo un preciso percorso dell?elemento filiforme continuo 4 avviene, quindi, in punti differenti dell?elemento filiforme continuo 4 stesso, sostenendo, quindi, la reazione di polimerizzazione di tipo frontale. The energy supply to the continuous thread-like element 4 occurs during the deposition of the continuous thread-like element 4 on the support surface 9 according to a precise path of the continuous thread-like element 4, therefore, occurs at different points of the continuous thread-like element 4 itself, thus supporting the frontal polymerization reaction.
Nella forma di realizzazione mostrata nelle figure, preferibilmente a monte della sorgente di energia 8 ? presente un organo di taglio, non mostrato nelle figure, che pu? essere rappresentato da almeno una lama mobile in avvicinamento/allontanamento per tagliare l?elemento filiforme continuo 4. In the embodiment shown in the figures, preferably upstream of the energy source 8 there is a cutting member, not shown in the figures, which can be represented by at least one blade moving towards/away from the energy source 8 to cut the continuous thread-like element 4.
Secondo questa forma di realizzazione, l?organo di taglio agisce sull?elemento filiforme continuo 4 dopo la applicazione di una sua parte sulla superficie di supporto 9. According to this embodiment, the cutting member acts on the continuous thread-like element 4 after applying a part of it to the support surface 9.
La presente invenzione riguarda un metodo per la stampa tridimensionale di materiali compositi provvisti di almeno una fase dispersa, comprendente almeno un materiale preferibilmente termicamente conduttivo, e almeno una fase continua reagente per mezzo di reazioni di polimerizzazione frontale che comprende le fasi di: The present invention relates to a method for three-dimensional printing of composite materials having at least one dispersed phase, comprising at least one preferably thermally conductive material, and at least one continuous reacting phase by means of frontal polymerization reactions which comprises the steps of:
-alimentare almeno un elemento filiforme continuo 4 ad una testa di alimentazione 7; e; -feed at least one continuous thread-like element 4 to a feed head 7; and;
-deporre detto elemento filiforme continuo 4 su una superficie di supporto 9; -sottoporre l?elemento filiforme continuo 4 ad una quantit? di energia tale da portare detta almeno una fase continua ad una temperatura di innesco in modo da innescare un fronte di reazione di polimerizzazione di tipo frontale in detta almeno una fase continua; la reazione di polimerizzazione potrebbe essere una reazione del tipo RICFP (Radical Induced Cationic Frontal Polymerization). La rapida formazione di network molecolari ad elevato grado di conversione (conversione monomero-polimero) che si ottiene a seguito di reazioni RICFP di polimerizzazione di tipo frontale, permette a questo tipo di reazione di essere considerata una valida alternativa a tradizionali processi impiegati nella produzione di materiali compositi a matrice polimerica. In aggiunta, le reazioni di tipo di polimerizzazione di tipo frontale RICFP sfruttano il calore generato dalla reazione stessa per formare un fronte di reazione autopropagante, rendendola energeticamente pi? efficiente ed i prodotti di reazione pi? omogenei. -depositing said continuous thread-like element 4 on a support surface 9; -subjecting the continuous thread-like element 4 to an amount of energy such as to bring said at least one continuous phase to an ignition temperature so as to trigger a frontal polymerization reaction front in said at least one continuous phase; the polymerization reaction could be a RICFP (Radical Induced Cationic Frontal Polymerization) type reaction. The rapid formation of molecular networks with a high degree of conversion (monomer-polymer conversion) that is obtained following RICFP frontal polymerization reactions allows this type of reaction to be considered a valid alternative to traditional processes used in the production of polymer matrix composite materials. In addition, RICFP frontal polymerization reactions exploit the heat generated by the reaction itself to form a self-propagating reaction front, making it more energetically efficient and the reaction products more homogeneous.
<- >Somministrare a detto elemento filiforme continuo 4 detta quantit? di energia in maniera ripetuta ed in posizioni differenti lungo la sua estensione determinando l?innesco di pi? di un fronte di polimerizzazione di tipo frontale nel corso della fase di deposizione. <- >Administer to said continuous thread-like element 4 said quantity of energy repeatedly and in different positions along its extension determining the triggering of more than one frontal polymerization front during the deposition phase.
Le fasi di alimentazione e deposizione vengono attuate esercitando una forza di trascinamento sull?elemento filiforme continuo 4 realizzato mediante movimento relativo tra la testa di alimentazione 7 e l?oggetto tridimensionale 20 da stampare oppure fra la testa di alimentazione 7 e la superficie di supporto 9. The feeding and deposition phases are carried out by exerting a drag force on the continuous thread-like element 4 created by relative movement between the feeding head 7 and the three-dimensional object 20 to be printed or between the feeding head 7 and the support surface 9.
In altre parole, spostando la testa di alimentazione 7 mediante l?azione della macchina a controllo numerico, l?elemento filiforme continuo 4 viene depositato gradualmente sulla superficie di supporto 9 o su una porzione precedentemente realizzata di detto oggetto tridimensionale 20 che viene prodotto per via dell? alimentazione dell?elemento filiforme continuo 4. In other words, by moving the feeding head 7 by means of the action of the numerically controlled machine, the continuous thread-like element 4 is gradually deposited on the support surface 9 or on a previously made portion of said three-dimensional object 20 which is produced by means of the feeding of the continuous thread-like element 4.
In alcuni casi, l?alimentazione dell?elemento filiforme continuo 4 avviene per mezzo di estrusione dello stesso dalla testa di alimentazione 7. In some cases, the continuous thread-like element 4 is fed by extruding it from the feed head 7.
Pi? in dettaglio, per realizzare il processo di stampa, l?elemento filiforme continuo 4 che esce dall?ugello della testa di alimentazione 7 viene inizialmente distribuito sulla rispettiva superficie di supporto 9. In more detail, to carry out the printing process, the continuous thread-like element 4 coming out of the nozzle of the feed head 7 is initially distributed on the respective support surface 9.
A questo punto, l?elemento filiforme continuo 4 ed in particolare la sua estremit? in appoggio alla superficie di supporto 9 viene investita da una predeterminata quantit? di energia tale da innescare un fronte di polimerizzazione di tipo frontale e creare un punto di ancoraggio tra l?elemento filiforme continuo 4 e la superficie di supporto 9. At this point, the continuous thread-like element 4 and in particular its end resting on the support surface 9 is hit by a predetermined amount of energy such as to trigger a frontal polymerization front and create an anchoring point between the continuous thread-like element 4 and the support surface 9.
La deposizione dell?elemento filiforme continuo 4 pu? quindi progredire secondo percorsi e traiettorie predefiniti atti a formare l?oggetto tridimensionale 20 da stampare. The deposition of the continuous thread-like element 4 can therefore progress according to predefined paths and trajectories aimed at forming the three-dimensional object 20 to be printed.
Il punto di ancoraggio cos? formato consente all?elemento filiforme continuo 4 di disporsi sulla superficie di supporto 9 secondo un preciso percorso e di disegnare, mentre la macchina a controllo numerico si muove, l?oggetto da stampare 20. La testa di alimentazione 7 viene cos? spostata dalla macchina a controllo numerico secondo un percorso predeterminato che definisce l?oggetto 20 da stampare. The anchor point thus formed allows the continuous thread-like element 4 to arrange itself on the support surface 9 according to a precise path and to draw, while the numerically controlled machine moves, the object to be printed 20. The feed head 7 is thus moved by the numerically controlled machine according to a predetermined path that defines the object 20 to be printed.
Questo percorso ? determinato da un software di gestione adatto che non ? descritto nella presente descrizione in quanto non rientra nell?ambito dell?invenzione. Alla fine del processo di stampa, o comunque quando l?alimentazione continua dell?elemento filiforme continuo 4 deve essere interrotta, l?elemento filiforme o un suo derivato viene tagliato dal meccanismo di taglio. This path is determined by suitable management software which is not described in this description as it is outside the scope of the invention. At the end of the printing process, or in any case when the continuous feeding of the continuous wire element 4 must be interrupted, the wire element or a derivative thereof is cut by the cutting mechanism.
La trasformazione dell?elemento filiforme continuo 4 in materiale composito si innesca inizialmente in prossimit? del punto di ancoraggio tra superficie di supporto 9 e elemento filiforme continuo 4 (figg.1a,2a,3a). The transformation of the continuous thread-like element 4 into composite material is initially triggered in the vicinity of the anchoring point between the support surface 9 and the continuous thread-like element 4 (figs.1a,2a,3a).
In tutti i casi, la trasformazione avviene somministrando una predeterminata quantit? di energia all?elemento filiforme continuo 4, atta ad aumentare la temperatura della fase continua fino al raggiungimento di temperatura di innesco di reazioni di polimerizzazione di tipo frontale. In all cases, the transformation occurs by supplying a predetermined amount of energy to the continuous thread-like element 4, capable of increasing the temperature of the continuous phase until the trigger temperature of frontal polymerization reactions is reached.
In particolare, qualora l?elemento filiforme continuo 4 non presenti una fase dispersa in grado di aumentare efficacemente la propria temperatura una volta sottoposta ad energia mediante radiazione elettromagnetica, quale ad esempio fibre di vetro, ossido di silicio, ossido di zirconio, l?energia che investe l?elemento filiforme continuo 4 ? vantaggiosamente fornita attraverso l?impiego di sorgenti di energia operanti per convezione o conduzione. In particular, if the continuous thread-like element 4 does not have a dispersed phase capable of effectively increasing its temperature once subjected to energy through electromagnetic radiation, such as glass fibres, silicon oxide, zirconium oxide, the energy that strikes the continuous thread-like element 4 is advantageously supplied through the use of energy sources operating by convection or conduction.
In questo caso, il calore fornito determina l?innalzamento della temperatura direttamente della fase continua in modo da portarla sopra ad una temperatura di innesco di una reazione di polimerizzazione di tipo frontale. Preferibilmente, la reazione di polimerizzazione ? una reazione del tipo RICFP (Radical Induced Cationic Frontal Polymerization). In this case, the supplied heat causes the temperature of the continuous phase to rise directly above the trigger temperature of a frontal polymerization reaction. Preferably, the polymerization reaction is a RICFP (Radical Induced Cationic Frontal Polymerization) type reaction.
Quando la temperatura della fase continua 2 ? pari o maggiore della temperatura di innesco ? ottenuto l?innesco di una reazione di polimerizzazione frontale in grado di propagarsi all?interno dell?elemento filiforme continuo 4. When the temperature of the continuous phase 2 is equal to or greater than the initiation temperature, a frontal polymerization reaction is triggered which is capable of propagating inside the continuous thread-like element 4.
La deposizione dell?elemento filiforme continuo 4 secondo la traiettoria preimpostata sposta successivamente il punto di applicazione dell?energia sotto forma di calore, generando successivi inneschi di reazioni di polimerizzazione di tipo frontale (fig. 1b), risultando quindi in una reazione di polimerizzazione di tipo frontale complessiva che in tal modo si propaga e si sostiene ad una velocit? confrontabile con quella di deposizione dell?elemento filiforme continuo 4. The deposition of the continuous thread-like element 4 according to the preset trajectory subsequently shifts the point of application of the energy in the form of heat, generating subsequent triggers of frontal polymerization reactions (fig. 1b), thus resulting in an overall frontal polymerization reaction which thus propagates and sustains itself at a speed comparable to that of the deposition of the continuous thread-like element 4.
L?applicazione di energia all?elemento filiforme continuo 4 pu? avvenire ad intervalli temporali molto ravvicinati o in modo continuo, come ad esempio mostrato nelle figure 1a-3c. The application of energy to the continuous thread-like element 4 can occur at very close time intervals or in a continuous manner, as shown for example in figures 1a-3c.
Preferibilmente l?applicazione di energia sotto forma di calore all?elemento filiforme avviene per tutta la durata della fase di deposizione dell?elemento filiforme continuo 4. Preferably, the application of energy in the form of heat to the thread-like element occurs throughout the deposition phase of the continuous thread-like element 4.
Alternativamente, qualora l?elemento filiforme continuo 4 presenti una fase dispersa in grado di aumentare efficacemente la propria temperatura una volta sottoposta ad energia mediante radiazione elettromagnetica, quale ad esempio fibra di carbonio, fibra di basalto, nerofumo, grafene, nanotubi di carbonio, nanofibre di carbonio, leghe metalliche, vantaggiosamente l?energia che investe l?elemento filiforme continuo 4 ? somministrata mediante radiazione elettromagnetica, preferibilmente emessa da una sorgente di radiazioni elettromagnetiche in spettro infrarosso o visibile. Alternatively, if the continuous thread-like element 4 has a dispersed phase capable of effectively increasing its temperature when subjected to energy by electromagnetic radiation, such as carbon fibre, basalt fibre, carbon black, graphene, carbon nanotubes, carbon nanofibres, metal alloys, advantageously the energy striking the continuous thread-like element 4 is supplied by electromagnetic radiation, preferably emitted by a source of electromagnetic radiation in the infrared or visible spectrum.
In questo caso, come negli esempi delle figure 2a-3c, l?energia 5 fornita dalla sorgente di energia 8 innalza la temperatura della fase dispersa 3 che, preferibilmente per conduzione, fa aumentare la temperatura della fase continua in modo da portarla sopra ad una temperatura di innesco di una reazione di polimerizzazione di tipo frontale. In this case, as in the examples of figures 2a-3c, the energy 5 supplied by the energy source 8 raises the temperature of the dispersed phase 3 which, preferably by conduction, increases the temperature of the continuous phase so as to bring it above a trigger temperature of a frontal polymerization reaction.
Quando la temperatura della fase continua 2 ? pari o maggiore della temperatura di innesco ? ottenuto l?innesco di una reazione di polimerizzazione di tipo frontale in grado di propagarsi all?interno dell?elemento filiforme continuo 4. When the temperature of the continuous phase 2 is equal to or greater than the initiation temperature, a frontal polymerization reaction is triggered, capable of propagating inside the continuous thread-like element 4.
La deposizione dell?elemento filiforme continuo 4 secondo la traiettoria preimpostata sposta successivamente il punto di applicazione dell?energia, generando successivi inneschi di reazioni di polimerizzazione frontale, risultando quindi in una reazione di polimerizzazione di tipo frontale complessiva che in tal modo si propaga e si sostiene ad una velocit? confrontabile con quella di deposizione dell?elemento filiforme continuo 4. The deposition of the continuous thread-like element 4 according to the preset trajectory subsequently shifts the point of application of the energy, generating subsequent triggers of frontal polymerization reactions, thus resulting in an overall frontal polymerization reaction which thus propagates and sustains itself at a speed comparable to that of the deposition of the continuous thread-like element 4.
L?applicazione di energia all?elemento filiforme continuo 4 pu? avvenire ad intervalli temporali molto ravvicinati o in modo continuo. The application of energy to the continuous thread-like element 4 can occur at very close time intervals or continuously.
Preferibilmente, l?applicazione di energia sotto forma di calore all?elemento filiforme avviene per tutta la fase di deposizione dell?elemento filiforme continuo 4. Preferably, the application of energy in the form of heat to the wire element occurs throughout the deposition phase of the continuous wire element 4.
Alternativamente, qualora l?elemento filiforme continuo 4 presenti una fase continua comprendente un sensitizzante, quale ad esempio 2-isopropiltioxantone, thioxanten-9-one, vinilcarbazolo, l?energia che investe l?elemento filiforme continuo 4 ? somministrata mediante radiazione elettromagnetica preferibilmente emessa da una sorgente di radiazioni elettromagnetiche e scelta nello spettro ultravioletto o visibile. Alternatively, if the continuous thread-like element 4 has a continuous phase comprising a sensitizer, such as 2-isopropylthioxanthone, thioxanthen-9-one, vinylcarbazole, the energy striking the continuous thread-like element 4 is administered by electromagnetic radiation preferably emitted by an electromagnetic radiation source and chosen in the ultraviolet or visible spectrum.
In questo caso, l?energia fornita attiva chimicamente il sensitizzante a sua volta attivante un iniziatore cationico per generare una reazione esotermica atta ad innalzare la temperatura della fase continua fino alla temperatura di innesco di una reazione di polimerizzazione di tipo frontale. In this case, the supplied energy chemically activates the sensitizer which in turn activates a cationic initiator to generate an exothermic reaction capable of raising the temperature of the continuous phase to the initiation temperature of a frontal polymerization reaction.
L?invenzione come chiaramente desumibile dalla descrizione di cui sopra, consente di superare i limiti dei processi di stampaggio tridimensionali di materiali compositi a fibra noti in termini di materiali e/o processi utilizzabili. The invention, as can be clearly deduced from the above description, allows to overcome the limitations of the three-dimensional moulding processes of known fibre composite materials in terms of materials and/or processes that can be used.
Inoltre, noti meccanismi di polimerizzazione alternativi (e.g. polimerizzazione frontale) convenientemente impiegati per la produzione di materiali compositi ad elevato grado di omogeneit?, la presente invenzione riesce a consentire il superamento delle limitate velocit? di processo ottenibili, intrinseche di questi tipi di reazioni chimiche. Pertanto la presente invenzione si propone come soluzione abilitante per l?impiego efficace di questi tipi di monomeri e reazioni chimiche all?interno di processi di stampaggio tridimensionali di materiali compositi a fibra. Diverse modifiche possono essere apportate alle forme realizzative descritte nel dettaglio, rimanendo comunque nell?ambito di protezione dell?invenzione, definito dalle rivendicazioni seguenti. Furthermore, known alternative polymerization mechanisms (e.g. frontal polymerization) conveniently employed for the production of composite materials with a high degree of homogeneity, the present invention is able to allow overcoming the limited obtainable process speeds, intrinsic to these types of chemical reactions. Therefore, the present invention is proposed as an enabling solution for the effective use of these types of monomers and chemical reactions within three-dimensional molding processes of fiber composite materials. Various modifications can be made to the embodiments described in detail, while remaining within the scope of protection of the invention, defined by the following claims.
Claims (25)
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6057406A (en) * | 1998-08-03 | 2000-05-02 | The University Of Southern Mississippi | Functionally gradient polymeric materials |
| US9126367B1 (en) | 2013-03-22 | 2015-09-08 | Markforged, Inc. | Three dimensional printer for fiber reinforced composite filament fabrication |
| US9987798B2 (en) | 2012-08-29 | 2018-06-05 | Cc3D Llc. | Method and apparatus for continuous composite three-dimensional printing |
| US10011073B2 (en) | 2013-02-19 | 2018-07-03 | Arevo, Inc. | Reinforced fused-deposition modeling |
| US20180327531A1 (en) * | 2017-05-15 | 2018-11-15 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | 3d printing of thermoset polymers and composites |
| US20220001615A1 (en) * | 2020-07-02 | 2022-01-06 | Colorado State University Research Foundation | Method and device for printing and curing thermoset resin |
-
2022
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6057406A (en) * | 1998-08-03 | 2000-05-02 | The University Of Southern Mississippi | Functionally gradient polymeric materials |
| US9987798B2 (en) | 2012-08-29 | 2018-06-05 | Cc3D Llc. | Method and apparatus for continuous composite three-dimensional printing |
| US10011073B2 (en) | 2013-02-19 | 2018-07-03 | Arevo, Inc. | Reinforced fused-deposition modeling |
| US9126367B1 (en) | 2013-03-22 | 2015-09-08 | Markforged, Inc. | Three dimensional printer for fiber reinforced composite filament fabrication |
| US20180327531A1 (en) * | 2017-05-15 | 2018-11-15 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | 3d printing of thermoset polymers and composites |
| US20220001615A1 (en) * | 2020-07-02 | 2022-01-06 | Colorado State University Research Foundation | Method and device for printing and curing thermoset resin |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| F. PETKOA. SWIEZYJ. ORTYL: "Photoinitiating systems and kinetics of prior photopolymerization processes - the prospects for efficient preparation of compositions and thick 3D structures", POLYM. CHEM., vol. 12, no. 32, 2021, pages 4593 - 4612 |
| J. A. POJMAN: "polymer Science: A comprehensive Reference", 2012, ELSEVIER, article "Frontal polymerization", pages: 957 - 980 |
Also Published As
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