Studi preliminari di strutture carboniose ottenute tramite stampa 3D = Preliminary studies on carbon structures produced by 3D printing

I materiali carboniosi sono di fondamentale importanza per applicazioni nel campo dell’elettronica, dello stoccaggio di energia, biomedico ecc. Al giorno d’oggi però i metodi per produrre manufatti in carbonio sono molto limitati e inoltre spesso non consentono la realizzazione di strutture complesse. Le tecnologie additive hanno conosciuto un enorme sviluppo, in particolar modo nell’ultimo decennio. Offrono notevoli vantaggi rispetto ai metodi di formatura tradizionali, soprattutto per quanto riguarda la libertà nel design degli oggetti. Recentemente, in letteratura sono comparsi articoli riguardanti la stampa 3D di polimeri precursori finalizzata all’ottenimento di oggetti in carbonio tramite pirolisi. Nel lavoro di tesi è quindi esposto un piano di lavoro per la fabbricazione di manufatti carboniosi tramite stampa 3D. Il piano è articolato in sei passaggi: scelta della tecnologia additiva, preparazione delle resine, stampa 3D e caratterizzazione delle resine, pirolisi dei campioni, analisi della struttura carboniosa e della morfologia dei campioni, modifiche al processo con lo scopo di migliorare la struttura e le proprietà dei manufatti. Nella parte sperimentale è mostrato un metodo per sviluppare materiali carboniosi attraverso la stampa DLP (Digital Light Processing) di resine fotoreticolabili. In particolare, sono state preparate tre formulazioni a base di pentaeritritolo tetracrilato (PETA) e bisfenolo A dimetacrilato (BPADMA); i rapporti PETA:BPADMA scelti sono: 1:1, 1:1,5, 1:2. È stata verificata la stampabilità delle varie miscele: sono stati prodotti dei campioni utili (cubi forati), che sono poi stati carbonizzati in forno a 700 °C, in atmosfera inerte. Le analisi al SEM hanno rivelato differenze nella morfologia strutturale dei tre campioni pirolizzati: in particolare il campione realizzato con resina 1:1,5 è molto poroso. I ritiri complessivi (dal CAD al pirolizzato) osservati nei tre pezzi sono abbastanza simili, solitamente compresi tra il 25% e il 35%. Gli spettri Raman presi sui tre oggetti sono del tutto sovrapponibili per quanto riguarda posizione, FWHM dei picchi e rapporto ID/IG. Pertanto l’ordine strutturale e l’entità dei difetti nei tre materiali dovrebbe essere molto simile. Le misure di resistenza sembrano però in disaccordo con i risultati espressi dall’analisi Raman: il campione 1:1 ha una resistenza di tre ordini di grandezza superiore rispetto agli altri due. Ulteriori analisi sono quindi consigliate per meglio comprendere la configurazione strutturale ed elettronica degli atomi di carbonio nei tre campioni considerati.