Flessione

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83 Dal grafico e dalla tabella si può notare come tutti i dati caratterizzanti i campioni siano molto simili tra loro tali da sovrapporsi se si considerano le deviazioni standard di ciascuno. Tuttavia, solamente la direzione ZX raggiunge la rottura infatti la curva nera in figura 4.28 mostra un comportamento nettamente più fragile rispetto alle altre. Si può affermare che vi sia una costanza tra le prove a trazione e flessione nel comportamento delle differenti orientazioni. I risultati ottenuti sono generalmente in linea con quelli dichiarati dalla casa produttrice. Infatti, solamente il modulo di Young ha valori inferiori a quanto dichiarato mentre i carichi massimi raggiunti dalle direzioni XZ e ZX sono stati superiori.

Ultem 9085

Testando l’Ultem 9085 a flessione si nota un’isotropia maggiore rispetto al suo stesso comportamento a trazione e anche rispetto ai valori ottenuti dall’analisi a flessione dell’ASA.

Questa osservazione è valida per tutti i risultati delle direzioni XY e XZ, come visibile dai dati riportati in tabella 4.10.

Tabella 4.10: Risultati delle prove meccaniche a flessione per l’ULTEM

Ultem 9085 ASTM D 790 V = 1 mm/min T = 25 °C

Direzione XY XZ ZX

Sforzo di picco (MPa) 109.72 (±0.81) 117.98 (±0.26) 69.98 (±3.67)

Modulo elastico (Mpa) 2315 (±58) 2428 (±17) 1963 (±27)

Flessione a rottura (%) 9 (±0) 9 (±0) 3.6 (±0.24)

Figura 4.28: Curve Sforzo-Deformazione medie dei campioni in ASA testati a flessione.

84 Al contrario, l’orientazione ZX mostra delle caratteristiche meccaniche molto inferiori alle altre. Infatti, anche per questo materiale, non si è giunti a frattura per le direzioni XY e XZ mentre il campione ZX si è rotto. La frattura di quest’ultima orientazione di stampa avviene di schianto e senza alcun preavviso. A testimonianza di questo comportamento non è possibile individuare il limite elastico poiché il materiale si divide in due parti senza entrare in campo di deformazione permanente. Dunque, la deformazione plastica in questo caso è nulla come osservabile in figura 4.29. Anche per questo polimero le caratteristiche a flessione ottenute, confrontate con la scheda tecnica del materiale, sono state per lo più coincidenti. Le sole differenze osservabili riguardano modulo elastico e carico massimo della direzione XZ:

entrambe sono superiori ai risultati ottenuti da Stratasys.

PA12

La tabella 4.11 riporta i risultati della poliammide 12 a flessione. La deformazione a rottura dei campioni stampati con orientazione ZX è la maggiore tra i materiali testati e raggiunge quasi il massimo spostamento della traversa. Anche in questo caso l’isotropia delle direzioni di stampa risulta essere migliore rispetto ai risultati della analisi a trazione.

Tabella 4.11: Risultati delle prove meccaniche a flessione per la PA12

PA12 ASTM D 790 V = 1 mm/min T = 25 °C

Direzione XY XZ ZX

Sforzo di picco (MPa) 59.78 (±1.74) 67.28 (±0.43) 53.14 (±0.99) Modulo elastico (MPa) 1191 (±17.4) 1293 (±43) 1075 (±27)

Flessione a rottura (%) 9 % (±0) 9 % (±0) 8.33% (±0.39)

Figura 4.29: Curve Sforzo-Deformazione medie dei campioni in Ultem 9085 testati a flessione.

85 Questa maggiore somiglianza tra i risultati è anche riportata in figura 4.30, in cui si vede che le curve sono complessivamente più simili tra loro. L’ordine di prestazione tra le differenti orientazioni risulta essere sempre il medesimo. La somiglianza prestazionale dei campioni testati è espressa con la deviazione standard tra parentesi in tabella 4.11.

Anticipando i risultati dell’analisi Izod di questo materiale, dallo studio delle curve sforzo – deformazione si può comprendere che mostri una duttilità particolarmente elevata e gli consentirà di essere il migliore tra i polimeri analizzati.

I valori della scheda tecnica sono stati comunque confermati dall’analisi. Fa eccezione la direzione ZX che ha caratteristiche leggermente inferiori come già osservato a seguito dei test di trazione dello stesso materiale.

PA12CF

A differenza del polimero precedentemente descritto, nella PA12CF l’anisotropia risulta essere particolarmente accentuata a causa delle fibre di rinforzo come visibile in tabella 4.12 e figura 4.31. Questo risultato risulta essere in completo accordo con i dati ottenuti dalla prove a trazione in cui era già stato evidenziato il comportamento anisotropo.

Nella medesima immagine è osservabile la somiglianza della deformazione a rottura tra le direzioni XY e ZX. Dalle forme delle due curve si evince la spiccata fragilità anche se nel caso della curva blu si verifica una leggera flessione che permette al campione di entrare in campo plastico prima della frattura. Quest’ultima caratteristica risulta essere particolarmente utile nelle fasi progettuali poiché permette di prevedere più facilmente la rottura del componente dato che è possibile l’individuazione del limite elastico, proprietà non riscontrabile in campioni con comportamento fragile come quello con orientazione produttiva ZX.

Figura 4.30: Curve Sforzo-Deformazione medie dei campioni in PA12 testati a flessione.

86 Tabella 4.12: Risultati delle prove meccaniche a flessione per la PA12CF

La scheda tecnica del materiale è ben descritta dai dati che sono stati riportati eccezion fatta per la direzione ZX la quale ha avuto modulo elastico e carico massimo inferiori mentre deformazione a rottura superiori. Questa caratteristica potrebbe dimostrare l’utilizzo della medesima PA12 sia per la fabbricazione del filamento del polimero privo di fibre che per il composito. Si può affermare ciò poiché le caratteristiche del processo di stampa conducono a risultati inferiori per le medesime proprietà meccaniche.

Particolarmente atipica risulta essere la curva rossa dell’immagine 4.31 in quanto mostra comportamento spiccatamente più duttile delle altre. La motivazione di questo risultato risiede nella minore quantità di filamenti che hanno medesima direzione dello stress applicato. Quindi come conseguenza di questa caratteristica non si ottengono le prestazioni meccaniche massime e il risultato è un ottimo compromesso prestazionale.

In conclusione, mettendo in relazione tutti i risultati ottenuti a flessione con quelli della prova a trazione del medesimo materiale si nota come questa seconda tipologia di test risalti maggiormente le qualità fragili del materiale. La motivazione di questo comportamento meccanico potrebbe risiedere nella relazione tra direzione delle fibre e sforzo applicato.

Durante il test a flessione solamente metà sella sezione sollecitata è sottoposta a trazione (porzione inferiore) mentre la parte superiore è in compressione. Questo comporta che il

PA12CF ASTM D 790 V = 1 mm/min T = 25 °C

Direzione XY XZ ZX

Sforzo di picco (MPa) 84.46 (±0.97) 128.7 (±0.78) 39.67 (±2.25)

Modulo elastico (MPa) 3262 (±43) 9878 (±101) 1598 (±43)

Flessione a rottura (%) 7.8 (±0.21) 2.86 (±0.54) 3.26 (±0.43)

Figura 4.31: Curve Sforzo-Deformazione medie dei campioni in PA12CF testati a flessione.

87 numero di fibre sollecitate a trazione sia minore e conseguentemente il comportamento fragile è meno evidenziato[⁸²].