ABS-ZnOナノコンポジットとABS-ZnOマイクロコンポジットで構成された3Dプリント材料の機械的および物理的特性

The Mechanical and Physical Properties of 3D-Printed Materials Composed of ABS-ZnO Nanocomposites and ABS-ZnO Microcomposites.

• Nectarios Vidakis
• Markos Petousis
• Athena Maniadi
• Emmanuel Koudoumas
• George Kenanakis
• Cosmin Romanitan
• Oana Tutunaru
• Mirela Suchea
• John Kechagias

抄録

市販の3Dプリンターで作製した3Dプリント構造体の機械的および物理的能力を拡張するために、ナノコンポジットおよびマイクロコンポジットフィラメントを溶融押出法で作製し、3Dプリントして評価した。本研究の範囲は、適用された方法論で既存の文献を充実させながら、直接商業的または産業的に実施するための物理的および機械的に改良されたナノコンポジットまたはマイクロコンポジットを作製することである。酸化亜鉛ナノ粒子（ZnOナノ）および酸化亜鉛マイクロサイズ粒子（ZnOマイクロ）を様々な濃度でアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ABS）マトリックス中に分散させ、〜1.75mmの印刷可能なフィラメントを押し出した。この複合フィラメントは、国際規格に準拠した引張および屈曲試験片の作製のために、商業用3Dプリンターで使用した。その結果、ナノコンポジット材料とマイクロコンポジット材料の両方において、純粋なABS試験片と比較して、5wt.濃度での引張強度が14%増加した。さらに、ABS/ZnOナノでは0.5wt.濃度で15.3%の曲げ強さの増加が見られたが、5wt.濃度のABS/ZnOマイクロでは17%の増加が見られた。ABS/ZnO microでは17%の増加が見られた。2つの複合材料を比較すると、ABS/ZnOマイクロ複合材料の方がABS/ZnOナノ構造よりも総合的な機械的強度が高いことが明らかになった。

In order to expand the mechanical and physical capabilities of 3D-printed structures fabricated via commercially available 3D printers, nanocomposite and microcomposite filaments were produced via melt extrusion, 3D-printed and evaluated. The scope of this work is to fabricate physically and mechanically improved nanocomposites or microcomposites for direct commercial or industrial implementation while enriching the existing literature with the methodology applied. Zinc Oxide nanoparticles (ZnO nano) and Zinc Oxide micro-sized particles (ZnO micro) were dispersed, in various concentrations, in Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) matrices and printable filament of ~1.75mm was extruded. The composite filaments were employed in a commercial 3D printer for tensile and flexion specimens' production, according to international standards. Results showed a 14% increase in the tensile strength at 5% wt. concentration in both nanocomposite and microcomposite materials, when compared to pure ABS specimens. Furthermore, a 15.3% increase in the flexural strength was found in 0.5% wt. for ABS/ZnO nano, while an increase of 17% was found on 5% wt. ABS/ZnO micro. Comparing the two composites, it was found that the ABS/ZnO microcomposite structures had higher overall mechanical strength over ABS/ZnO nanostructures.