Studio del comportamento piezoelettrico di un polimero PVDF prodotto mediante manifattura additiva

Additive manufacturing, better known as 3D printing, facilitates the production of three-dimensional objects by depositing consecutive layers of materials. This technology is usually preferred over traditional techniques because it permits to create complex geometries minimizing the time of production and costs. A wide range of materials can be used in 3D printing, the choice depends on the specific printing technique adopted and on the intended application of the final product once it is put on the market. Among the most common materials are metals, resins, powders, composite materials and polymers. For the purpose of this thesis, a semi-crystalline polymer, PVDF (polyvinylidene fluoride), was selected. PVDF exhibits four crystalline phases (α, β, γ, e δ). This polymer is characterized by several advantageous properties, including flexibility, biocompatibility, high chemical and mechanical resistance, and thermal stability. Moreover, one of its most noteworthy features is its ability to generate piezoelectricity when subjected to pressure or mechanical stress. This latter property has motivated the investigation of the polymer, here studied in the form of specimens produced through 3D printing, in order to assess its mechanical and electrical properties and to explore its potential applications. In this thesis, after an introduction to the main 3D printing techniques and the most used materials, the deployed specimens and the tests performed on them to obtain data on the mechanical and electrical behavior of the material will be described. Finally, the results derived from these tests will be presented and discussed.

Con la produzione additiva, meglio nota come stampa 3D, è possibile ottenere oggetti tridimensionali realizzati tramite la sovrapposizione di strati successivi di materiale. Tale tecnologia viene preferita alle tecniche di lavorazione tradizionali, poiché permette di creare geometrie anche molto complesse in tempi e costi ridotti. I materiali impiegati nella stampa 3D sono molteplici e vengono scelti in base alla tecnica di stampa da utilizzare e all’applicazione dell’oggetto creato, una volta che esso viene messo in commercio. Tra questi annoveriamo i metalli, le resine, le polveri, i materiali compositi e i polimeri. Per lo scopo di questa tesi è stato scelto un polimero semicristallino, il PVDF (polivinilidenfluoruro) che ha quattro fasi cristalline: α, β, γ, e δ. Tra le tante caratteristiche del PVDF (flessibilità, bio-compatibilità, alta resistenza chimica e meccanica e stabilità termica) esso riesce a generare piezoelettricità quando si applica una pressione o una forza meccanica. Da questa capacità nasce l’interesse di studiare il polimero, sottoforma di provini ottenuti con la stampa 3D, per conoscere le sue proprietà meccaniche ed elettriche e capirne le eventuali applicazioni. Nella tesi, dopo un’introduzione sulle tecniche principali della stampa 3D e i materiali più utilizzati, verranno descritti i provini impiegati e le prove a cui sono stati sottoposti per ottenere dati sulle proprietà meccaniche ed elettriche del materiale e, infine, saranno riportati i risultati ricavati dalle medesime prove.