Development of innovative fiber-reinforced photopolymers for additive manufacturing.

Abstract

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

Verbundwerkstoffe sind eine Klasse von Hochleistungsmaterialien, die in der Industrie heutzutage gut etabliert und weit verbreitet sind, dank ihrer Eigenschaft, Merkmale und Besonderheiten verschiedener Materialien zu einem neuen, verbesserten Material zu kombinieren.Die Einführung dieser Technologie könnte für Cubicures lithographiebasierten 3D-Druckprozess für Polymere von Vorteil sein und die Leistung der additiv hergestellten Produkte verbessern. Ziel dieser Masterarbeit ist es, diese Möglichkeit zu untersuchen, mit dem Ziel, eine Reihe geeigneter Verbundwerkstoffe zu identifizieren, die das Angebot von Cubicure bereichern können.Die Aufgabe besteht in der Definition verschiedener Fasertypen, wobei der Schwerpunkt auf kurzen organischen Fasern, sowohl synthetischen als auch natürlichen, liegt, die in geeigneten Fraktionen einer Matrix aus Photopolymeren hinzugefügt werden. Es werden mehrere Proben gedruckt, um verschiedene Faser-Matrix-Kombinationen zu testen. Anschließend werden mehrere Tests durchgeführt, um die mechanischen und thermischen Eigenschaften der Materialien zu bewerten, wie z. B. Zugfestigkeitsprüfung, Aufprallprüfung, DMA.Die Ergebnisse zeigen, dass Fasern im Allgemeinen eine deutliche Erhöhung der Steifigkeit, aber auch eine Verringerung der Aufprallfestigkeit bewirken. Die thermischen Eigenschaften werden im Allgemeinen durch Fasern verbessert, während die Zugfestigkeit nicht immer erhöht wird.