aias 2014 - 418 progettazione, realizzazione e verifica sperimentale

AIAS – ASSOCIAZIONE ITALIANA PER L’ANALISI DELLE SOLLECITAZIONI
43° CONVEGNO NAZIONALE, 9-12 SETTEMBRE 2014, ALMA MATER STUDIORUM – UNIVERSITÀ DI BOLOGNA
AIAS 2014 - 418
PROGETTAZIONE, REALIZZAZIONE E VERIFICA SPERIMENTALE DI UN
SISTEMA MECCATRONICO A COLLETTORE ROTO-TRASLANTE PER
PROCESSI DI ELETTROFILATURA DI SOLUZIONI POLIMERICHE
L. Pesolaa, O. Bocchib
a
Università di Bologna - Dipartimento di Ingegneria Industriale,
Viale del Risorgimento 2, 40136 Bologna, e-mail: [email protected]
b
Università di Bologna - Dipartimento di Ingegneria Industriale,
Viale del Risorgimento 2, 40136 Bologna, e-mail: [email protected]
Sommario
Il processo di elettrofilatura utilizza "l'estrusione" e "la strizione" di soluzioni polimeriche poste all'apice di
un capillare mediante l'applicazione di intensi campi elettrostatici. I filamenti nanometrici prodotti in tale
modo vengono raccolti su controelettrodi posti a terra la cui forma ed il cui materiale influenzano
l'architettura con cui le nanofibre si dispongono. In particolare se il controelettrodo è di forma cilindrica e
viene posto in rotazione ad elevata velocità è possibile ottenere membrane contenenti nanofibre tra di loro
allineate. Tali membrane trovano applicazioni sia in ambito biomedicale per la realizzazione di tessuti
artificiali di tipo muscolare sia nel mondo dei materiali compositi per ottenere rinforzi a struttura ortotropa.
Nel presente lavoro viene presentata la progettazione e la validazione sperimentale di un sistema
meccatronico a controelettrodo a rullo roto-traslante che permette di produrre membrane aventi spessore
uniforme e nelle quali le nanofibre sono tra di loro allineate.
Abstract
The electrospinning process use “extrusion” and “stretching” of polymer solutions from a tip of a capillary
through the application of high electrostatic fields. The nanometric fibers, produced in this way, are collected
on different grounded collectors whose shapes and materials affect the final deposition of the nanofibers. In
particular, cylindrical collector at high rotating speed are able to obtain aligned nanofibers materials. These
mat find applications both in the biomedical field, for the construction of artificial muscle tissues, both in the
world of composite materials to obtain reinforcements in orthotropic structure. In this article we will discuss
the design and the experimental validation of a mechatronic roto-sliding drum system, able to produce
random and aligned nanofibers mat.
Parole chiave: Elettrofilatura, electrospinning, nanofibre, nano compositi, rullo
1. INTRODUZIONE
L‟elettrofilatura, detta anche „filatura elettrostatica‟ o electrospinning, è attualmente l‟unica tecnologia che
permette la produzione di fibre continue polimeriche o inorganiche con dimensioni che possono andare da
decine di nanometri a qualche micron (Fig. 1).
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Figura 1: Micrografia al microscopio elettronico a scansione (SEM) di nanofibre elettrofilate confrontate ad
un granello di polvere e ad un capello umano
Si tratta essenzialmente di un processo di stiro, generato da campi di forza elettrostatici ad elevato
potenziale, che agisce su una soluzione polimerica ad alta viscosità o su un fuso polimerico [1]. Le
potenzialità di questa tecnologia, che possiamo considerare "antica", essendo nota da quasi cent‟anni, sono
state rivalutate negli ultimi dieci anni. Recentemente, infatti, la scienza e tecnologia dei materiali ha
indirizzato fortemente il proprio ambito di indagine verso un approccio multidisciplinare nuovo, basato sulla
nanotecnologia e sulle proprietà dei materiali su nanoscala. Le nanofibre prodotte attraverso l‟elettrofilatura
vengono generalmente raccolte in forma di tessuto- non-tessuto (deposizione disordinata), ottenendo
strutture micro o nanofibrose (mat) che possiedono interessanti proprietà. Tali materiali sono infatti
caratterizzati da una elevata porosità, con pori di piccole dimensioni, una notevole area superficiale specifica
(elevato rapporto superficie/ volume), da buone proprietà meccaniche, adatte per applicazioni in diversi
settori (filtrazione, sensoristica, biomedicale, ecc.). Una delle caratteristiche dell‟elettrofilatura, che la
rendono particolarmente attraente per i gruppi di ricerca che si occupano di materiali polimerici, è la
semplicità, la versatilità e il basso costo dell‟apparecchiatura. A tutt‟oggi la strumentazione viene costruita
nei vari laboratori di ricerca, componendo elementi disponibili sul mercato e adattandola alle particolari
esigenze.
Tuttavia, l‟elettrofilatura non ha visto fino ad ora l‟esplosione a livello industriale in quanto estremamente
difficile associare un buon controllo di processo ad una elevata la capacità produttiva. Infatti, sebbene la
tecnica dell‟elettrofilatura è di per sé semplice: semplici sono infatti i principi su cui si basa e la
strumentazione necessaria per realizzarla, è al contrario assai complesso controllare e governare il sistema di
variabili e fattori che vi prendono parte.
2. PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
La tipica apparecchiatura sperimentale per elettrofilatura è costituita principalmente da tre componenti: una
siringa che contiene la soluzione polimerica da elettrofilare, collegata ad un capillare metallico; un
generatore di tensione ad alto potenziale (10-50 kV) collegato all‟ago della siringa mediante un elettrodo; un
collettore metallico messo a massa che ha la funzione di contro elettrodo (Fig.2)
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Figura 2: Schema dell’attrezzatura sperimentale per elettrofilatura
Quando la forza elettrostatica che agisce sulla goccia carica supera la tensione superficiale, cioè al di sopra di
un valore „critico‟ del potenziale elettrico, si forma un sottile getto di fluido polimerico che viene attratto
verso il collettore metallico. Il getto carico viene quindi allungato e accelerato dal campo elettrico, subendo
processi di instabilità che gli fanno percorrere un cammino a spirale (instabilità a frustata o whipping
instability) che aumenta il rapporto di stiro, causando quindi un assottigliamento del getto stesso (Fig.3).
Figura 3: Immagine del getto ottenuta mediante camera ad alta velocità
È proprio questo processo di instabilità che permette di spiegare i due fenomeni che stanno alla base della
formazione di nanofibre solide: (1) la riduzione del diametro del getto da dimensioni dell‟ordine del
millimetro (orifizio del capillare) a dimensioni fino a quattro ordini di grandezza inferiori; (2) l‟evaporazione
del solvente che causa la solidificazione delle nanofibre. Il moto caotico del getto produce la deposizione
delle fibre in modo casuale sul piano del collettore, in forma di tessuto-non-tessuto. La semplicità operativa
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di un‟attrezzatura per l‟elettrofilatura si scontra, tuttavia, con la complessità della messa a punto delle
variabili sperimentali che consentono di ottenere nanofibre con morfologia controllata. Il processo di
elettrofilatura è infatti influenzato da numerosi parametri, strettamente correlati tra di loro. Ogni polimero
necessita quindi di una messa a punto individuale, che risulta essere spesso molto più complicata di quanto si
possa immaginare.
La morfologia delle nanofibre, in termini di valore medio del diametro, distribuzione dei diametri e presenza
o meno di difetti, dipende da due serie di parametri principali: (1) parametri della soluzione e (2) parametri
specifici del processo. Tra i parametri della soluzione polimerica è necessario considerare: il peso molecolare
e la distribuzione dei pesi molecolari del polimero; le proprietà del sistema solvente (tensione di vapore,
conducibilità, costante dielettrica); la concentrazione e di conseguenza la viscosità della soluzione. I
parametri di processo comprendono invece: il potenziale elettrico; la velocità di flusso della soluzione
(portata del fluido); la distanza tra il capillare e il collettore; il tipo di collettore (statico, dinamico,
conduttore, isolante...); il diametro interno del capillare; le condizioni ambientali (temperatura e umidità).
Non è tra gli scopi di questo articolo descrivere in dettaglio l‟influenza delle variabili citate sulla morfologia
delle fibre ottenute (si rimanda per questo ai testi e alle review riportate nella bibliografia). Si possono però
fare alcune osservazioni che sono peraltro facilmente intuitive. In generale (a parità di tutte le altre variabili
sperimentali) il diametro delle fibre diminuisce al diminuire della concentrazione della soluzione e del flusso
di soluzione che esce dal capillare, all‟aumentare del potenziale applicato, all‟aumentare della distanza tra il
capillare e il collettore.
La concentrazione della soluzione rappresenta il parametro sperimentale più critico. Infatti, una delle
condizioni necessarie affinché si formino delle fibre in un processo di elettrofilatura è che le macromolecole
abbiano un peso molecolare e una concentrazione sufficientemente elevati per dare luogo alla formazione di
concatenamenti (entanglements).
Figura4: Effetto dell’aumento della concentrazione (da sinistra a destra) di una soluzione di poli(lattide-coglicolide) sulla morfologia delle fibre ottenute (barra: 2μm)
Solo in questo caso si forma una fibra, invece di ottenere la suddivisione del getto in singole „goccioline‟
(come avviene nel noto processo di „electrospray‟). La Figura 4 mostra la variazione di morfologia,
all‟aumentare della concentrazione, in una soluzione di poli(lattide-co-glicolide). Si passa da particelle (a)
generate da spray, a fibre con difetti (b) a fibre con diametro costante (c). Un altro parametro particolarmente
critico è la costante dielettrica del solvente, che deve essere sufficientemente elevata per favorire la
formazione di un‟alta densità di carica nella soluzione. La versatilità del processo di elettrofilatura consente
la raccolta di nanofibre non solo in maniera disordinata ma anche con geometrie ordinate. Sono stati messi a
punto molteplici sistemi per ottenere l‟allineamento delle nanofibre, come ad esempio fibre allineate in
un‟unica direzione (Fig.5).
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Figura 5: Fibre di acido polilattico con elevato grado di allineamento.
Tale scopo è raggiunto mediante il controllo del campo elettrico esistente tra il capillare e il controelettrodo.
Tra i vari sistemi impiegati si può citare, a titolo di esempio, l‟utilizzo di una coppia di controelettrodi
paralleli tra loro, che inducono la deposizione delle fibre elettrofilate a ponte tra i due elettrodi, e quindi un
ottimo allineamento in una singola direzione. Altri sistemi prevedono l‟utilizzo di elettrodi ausiliari di vario
tipo. Un effetto di allineamento di tipo „meccanico‟ si può invece realizzare mediante l‟utilizzo di un
collettore dinamico come un rullo rotante ad elevata velocità. Strutture tubolari possono essere ottenute
depositando le nanofibre, con allineamento voluto, su di un tubo che viene successivamente estratto dallo
strato di fibre così ottenuto. Nanotubi sono inoltre fabbricabili utilizzando la tecnologia dell‟elettrofilatura
coassiale (coaxial electrospinning) che consiste nell‟utilizzare due capillari inseriti l‟uno nell‟altro, che
contengono due soluzioni che vanno a formare il cuore e la „camicia‟ esterna della struttura. L‟anima interna
può poi essere, per esempio, disciolta ottenendo una struttura cava.
Infine, mediante opportune modifiche dell‟attrezzatura di elettrofilatura è possibile ottenere strutture
composite che presentano eterogeneità in termini di: (a) dimensione delle fibre; (b) composizione chimica
delle fibre; (c) inclusione di nano-particelle, di molecole bioattive ecc. Tali materiali sono ottenibili mediante
elettrofilatura multi-strato o elettrofilatura che utilizza due o più sistemi di eiezione contemporanei
ottenendo, ad esempio, strutture con fibre di natura diversa mescolate. Viste le numerose potenzialità di
questa tecnologia e il numero elevatissimo di polimeri e di sostanze inorganiche trasformabili in nanofibre (si
veda a questo riguardo la bibliografia riportata di seguito), si comprende come l‟elettrofilatura sia destinata
ad assumere un ruolo di primaria importanza tra le nanotecnologie attualmente disponibili.
3. APPLICAZIONI
Le fibre e le strutture fibrose prodotte mediante elettrofilatura trovano applicazioni in diversi settori come
illustrato in Figura 6. Di principale interesse, con risvolti industriali già attivi, si ricordano:
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Figura 6: Potenziali applicazioni delle nanofibre elettrofilate (tratto da Z-M. Huang et al., Composite
Science and Technology, 63, 2223-2253 (2003)).
 Settore biomedicale: supporti per la crescita cellulare (scaffold) nel settore dell‟ingegneria dei
tessuti; sistemi di trasporto e rilascio controllato di farmaci.
 Settore della filtrazione e delle membrane: membrane per filtrazione di aria; membrane di affinità.
Nell‟ambito dell‟ingegneria dei tessuti, la necessità di riprodurre l‟ambiente naturale delle cellule (la matrice
extracellulare è costituita da fibre con diametri compresi tra 10 e 300 nm) ha spinto la ricerca ad orientarsi
verso la produzione di scaffold elettrofilati, come supporti biomimetici (Fig. 7)
Figura 7: Crescita di cellule su uno scaffold di nanofibre elettrofilate
Nel settore della filtrazione le applicazioni dell‟elettrofilatura rivestono già una importanza industriale
notevole da circa vent‟anni. L‟efficienza di filtrazione dei supporti filtranti classici migliora moltissimo se
questi sono ricoperti di nanofibre, a causa dell‟elevato rapporto superficie/volume e delle piccole dimensioni
dei pori. È stato osservato che filtri costituiti da nanofibre sono in grado di intrappolare particelle di
dimensioni inferiori a 0,5 μm e hanno prestazioni che si mantengono nel tempo.
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Altri settori di applicazione sono: settore della sensoristica (rivelatori di gas tossici, di sostanze chimiche,
sensori ottici, biosensori); settore dei materiali compositi: materiale di rinforzo per compositi e laminati;
settore dell‟energia e dell‟elettricità: dispositivi elettronici e fotovoltaici.
4. VALUTAZIONI PREPROGETTUALI
Tra i vari campi in cui le nano fibre si possono impiegare, la macchina che si è realizzata è rivolta al settore
biomedicale; nello specifico per la sperimentazioni sulla crescita cellulare.
Sono stati presi in considerazione ed analizzati per il suddetto impiego i seguenti parametri:
 Tipi di nano fibre:
 Solide;
 Nanotubi;
 Porose;
 Ordinamento:
 Random;
 Allineate;
 Uniformità si spessore;
 Geometria della del mat:
 Piano;
 Tubolare;
I Tipi di nano fibre è un parametro che dipende dalla geometria dell‟ago e dalla composizione della
soluzione; risulta quindi essere l‟unico tra quelli analizzati indipendente dall‟elemento controelettrodo. A
fronte di tale constatazione, è stata effettuata come scelta progettuale di realizzare una macchina che
comprendesse il solo controelettrodo; lasciando quindi piena libertà all‟utilizzatore di impiegare gli aghi e le
soluzioni che desidera.
Come strumento per il confronto e l‟analisi è stata realizzata una matrice morfologica di seguito riportata.
VERSIONI
V1
V2
V3
V4
V5
V6
V7
Tabella 1 – Matrice delle possibili versioni
Uniformità
Ordinamento
Geometria del mat
dello spessore
Random Allineate
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Piano
X
Tubolare
X
X
X
X
X
X
X
Le versioni identificate sono state relazionate a dei parametri funzionali quali:
 Versatilità produttiva: ovvero la capacità della macchina di riuscire a realizzare la maggior tipologia
di mat;
 Semplicità costruttiva: che la macchina sia di semplice realizzazione;
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 Sufficiente documentazione: vi sia un‟adeguata documentazione in letteratura da cui prendere
spunto.
Tabella 2 – Analisi delle soluzioni
VARIANTI
V1
V2
V3
V4
V5
V6
V7
Versatilità
di
produzione
+
Semplicità
costruttiva
Sufficiente
documentazione
Tot
+
!
+
+
+
!
!
+
!
+
!
-
+
+
!
!
!
!
La Tabella 2 mette in evidenza come le versioni da analizzare sarebbero la V2, la V6 e la V7, ma essendo la
versatilità di produzione una caratteristica fondamentale che la macchina deve possedere, la versione da
adottare sarà la V7, ovvero la capacità di realizzare indistintamente sia mat piani che tubolari con nanofibre
random e allineate.
Le tipologie di contro elettrodo che possono adempiere a queste esigenze sono due: il collettore piano ( a in
Fig.8) ed il collettore cilindrico ( b in Fig.8).
a)
b)
Figura 8: Collettori
Si è stilato un albero degli obbiettivi che prendesse in considerazione alcuni aspetti tecnico-econoci su cui
effettuare delle valutazioni.
Figura 9: Albero degli obbiettivi
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Utilizzando poi una scala di valutazioni VDI2225 di seguito riportata, si esegue una prima stima della bontà
delle due soluzioni costruttive.
Tabella 3 – Scala di valutazioni VDI2225
Molto buono
4
Buono
3
Accettabile
2
Appena accettabile
1
Insoddisfacente
0
Tabella 4 – Calcolo dei punteggi per le soluzioni costruttive considerate
V7
Sotto
Pesi
Obbiettivi
Collettore Piano
Collettore Rotante
O111
O112
O113
O121
O122
O123
Tot
0,10
0,20
0,20
0,30
0,10
0,10
1,00
4
3
2
2
4
3
0,4
0,6
0,4
0,6
0,4
0,3
2,7
3
3
3
2
4
2
0,3
0,6
0,6
0,6
0,4
0,2
2,7
Come è possibile notare le due soluzioni risultano alla pari, quindi si procederà ad esaminare più nel
dettaglio le caratteristiche tecniche delle due varianti.
Entrambi i collettori, per ottenere uniformità di spessore del mat, devono essere dotati di moto relativo
rispetto all‟elemento di sparo; per quello piano il moto sarà di tipo traslatorio lungo le direzioni x ed y,
mentre per quello a rullo sarà la combinazione di uno moto rotatorio attorno al proprio asse e di uno
traslatorio lungo quest‟ultimo.
Entrambe le configurazioni permettono di ottenere in modo molto semplice una deposizione di nanofibre di
tipo random; in quanto tale tipologia non richiede particolari accorgimenti di processo.
Al contrario, per ottenere fibre di tipo allineato occorre modificare la geometria del collettore, nel caso di
quello piano, oppure imporre determinate condizioni di funzionamento, nel caso di quello a rullo.
Il collettore di tipo piano dovrà essere a struttura a fili a reticolazione parallela; in modo che durante il
processo le nanofibre vadano a depositarsi in modo allineato tra due fili adiacenti (vedi Fig.9).
Figura 9: Allineamento delle nano fibre attraverso il collettore piano
Piuttosto, per allineare con il collettore a rullo questo dovrà essere dotato di una velocità periferica che
secondo letteratura è di minimo16m/sec.
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Per quanto attiene alla realizzazione dei prodotti tubolari, con il collettore piano occorre che l‟operatore
arrotoli su se stesso con la dimensione desiderata il mat precedentemente realizzato; si evince subito che
un‟operazione di questo tipo risulta essere molto delicata, e diventa difficoltosa quanto i diametri che si
vogliono ottenere sono piccoli.
Con il collettore a rullo tale problema viene aggirato, in quanto basta utilizzare rulli dei diametri desiderati.
Alla luce di quest‟ultima valutazione la strada costruttiva che si è deciso di perseguire è quella di realizzare
una macchina con collettore a rullo roto-traslante, con rulli intercambiabili.
5. PROGETTAZIONE MECCANICA
Prima di procedere alla progettazione della Macchina a rullo roto-traslante si sono identificate le dimensioni
dei rulli che potessero essere installati sulla macchina, in modo che soddisfacessero il più possibile le
esigenze richieste dal settore biomedicale.
Le dimensioni ritenute più idonee sono per il diametro un range che và da 50 ai 2 mm per una lunghezza di
120 mm. Tale scelta, associata alla necessità di dover avere una velocità periferica del rullo di minimo 16
m/sec, per allineare le fibre, sono i punti di partenza da cui si è sviluppata la progettazione meccanica della
macchina.
Considerando di poter allineare con il solo rullo di diametro maggiore, si procede a calcolare il numero di
giri teorici che dovrà effettuare:
Si è scelto di utilizzare come numero di giri di massimo il valore n, pari a 7000 rpm; mentre come velocità
di traslazione, in quanto un parametro poco significativo del processo è stato scelto un range tra 1-0,5 m/min.
La Macchina a rullo roto-traslante è costituita principalmente da due macro gruppi:
1. il gruppo rotazione: che contiene tutti gli elementi necessari a sostenere e far ruotare il rullo in
sicurezza alla velocità desiderata;
2. il gruppo traslazione: contiene tutti gli elementi necessari alla traslazione del gruppo rotazione.
Tutte le parti della macchina che sono esposte al processo sono realizzate in Derlin, un materiale plastico
dotato di buona resistenza meccanica e chimica.
1
2
Figura 10: Schematizzazione della Macchina a rullo roto-traslante
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5.1. Gruppo rotazione
Tale gruppo ha una struttura ad “U”, costituita da due spalle, una fissa e l‟altra mobile, su cui sono montati
gli appoggi per il rullo. Le due spalle sono poi montate su una base la quale andrà ad ancorarsi al gruppo
traslazione.
Sulla spalla fissa è montata tutta la linea motrice del gruppo rotazione: l‟albero motore è vincolato alla
struttura attraverso il montaggio di due cuscinetti radiali a sfera, in linea con esso grazie ad una flangia
realizzata ad hoc è montato il motore, il quale attraverso un giunto che permette di recuperare disallineamenti
angolari ed assiali, è collegato all‟albero motore. Sul fondo del motore è previsto il montaggio di una ventola
per il raffreddamento durante il funzionamento in modo che il calore sviluppato dal motore non si trasmetta
al rullo, rischiando di danneggiare il materiale nanofibroso raccolto, spesso sensibile a temperature superiori
ai 30°C.
Leva di
bloccaggio/
sbloccaggio
Flangia
motore
Spalla
Mobile
Spalla
Fissa
Motore
Ventola
Supporto
folle
Albero
motore
Giunto
Spazzola
Figura 11: Linea motrice del gruppo rotazione
Infine l‟albero motore viene collegato a terra attraverso un contatto strisciante a spazzola, il quale a sua volta
per contatto diretto con il rullo lo pone a terra.
La spalla mobile è in grado di scorrere permettendo il montaggio e la sostituzione dei diversi rulli. Su di essa
è montato un supporto folle che funge da secondo appoggio per l‟altra estremità dei rulli. La parte mobile
viene bloccata e sbloccata attraverso una leva che l‟operatore dovrà azionare a mano durante le operazioni di
montaggio e smontaggio dei rulli. Per assicurarsi che la parte mobile sia correttamente posizionata è
installato un sensore che se non correttamente attivato non permette l‟avvio della macchina.
Sull‟albero motore vengono montati i rulli utilizzando un sistema a pinza elastica e ghiera; questo tipo di
fissaggio, utilizzato nei porta utensili delle macchine automatiche, offre un semplice e robusto sistema di
bloccaggio.
Come precedentemente menzionato, in questa macchina è possibile montare rulli di diametro differente: da
50 a 13 mm il rullo è un unico componente, mentre da diametri da 12 a 2 mm il rullo è composto da due
elementi, il vero e proprio cilindro di metallo ed una riduzione, le quali vanno rispettivamente montati
sull‟albero motore e sul supporto folle.
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Rullo D50
Albero
motore
Figura 12: Montaggio Rullo da 50 a 13 mm
Rullo D2
Riduzione
Albero
motore
a)
b)
Figura 13: Montaggio Rullo da 12 a 2 mm
5.2. Gruppo traslazione
Il gruppo traslazione è costituita da una robusta guida lineare a vite senza fine, azionata da un motore
elettrico. Il compito di questo sistema è quello di far traslare in modo alternato il gruppo rotazione; nonché
fungere anche da telaio della macchina, che grazie a delle apposite maniglie può essere movimentato.
L‟intera struttura infine è carterata, in modo da essere protetto durante il processo.
Il sistema è dotato di un controllo di posizione assoluto in grado di stabilire in qualsiasi momento quale sia la
sua posizione.
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Figura 14: Macchina a rullo roto-traslante e torre porta ago
La macchina monta delle motorizzazione elettriche di tipo brushless, opportunamente dimensionate, i quali
assieme agli altri sistemi di controllo e diagnostica sono gestiti da un plc ed un pannello operatore.
6. PRODOTTO FINALE OTTENUTO
Una volta conclusa la messa a punto meccatronica della Macchina a rullo roto-traslante sono state effettuate
delle prove di elettrofilatura, al fine di verificare che il prodotto ottenuto rispettasse le specifiche richieste. Si
è quindi allestito per intero una teca in cui poter processare il polimero.
Il polimero trattato nella fase di test è stato del pullulano. Di seguito sono riportate delle immagini di fibre
allineate ottenute.
Figura 15: Nanofibre di pullulano allineate con la Macchina a rullo roto-traslante
Come è possibile notare le fibre risultano avere un buon grado di allineamento, a testimoniare il corretto
funzionamento della macchina realizzata. Le poche fibre che non rispettano la direzione di allineamento sono
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principalmente dovute ai transitori iniziali e finali del processo, dove le rampe di accelerazione e
decelerazione del rullo causano inevitabilmente un breve intervallo di tempo in cui esse si depositano in
modo random.
7. CONCLUSIONI
La macchina a rullo roto traslante risulta essere un prodotto ben realizzato a soddisfare le esigenze produttive
richieste in quanto in grado di realizzare tappetini di fibre allineate, random e tubolari.
In visione di prospettive future è possibile apportare alcuni accorgimenti per migliorarne la maneggevolezza
cercando soluzioni costruttive più leggere e meno ingombranti a discapito molto probabilmente del costo
finale. Un ottimizzazione più avanzata può essere ottenuta controllando sempre più parametri che, come
esposto nel presente articolo, influenzano il processo di elettrofilatura, come ad esempio il controllo
climatico dell‟area di lavoro. Un altro aspetto da implementare può essere quello di portare il collettore ad
una tensione negativa anziché a potenziale di terra, per ottenere una minor dispersione di fibre e di
conseguenza una minor perdita di materiale.
7. CONCLUSIONI
Si ringrazia la SPINBOW s.r.l. per la realizzazione del prototipo
BIBLIOGRAFIA
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innovative su scala „nano‟ “
[2] Kyriacos A. Athanasiou, Rajalakshmanan Eswaramoorthy, Pasha Hadidi, Jerry C. Hu, SelfOrganization and the Self-Assembling Process in Tissue Engineering, Annu. Rev. Biomed. Eng. 2013.
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[5] Andrea Zucchelli, Maria Letizia Focarete, Chiara Gualandi, Seem Ramakrishna, Electrospun
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