INFLUENZA DEI PARAMETRI DI PROCESSO SULLA CARATTERISTICA OPERATIVA DI UN ESTRUSORE A PELLET

This thesis aims to analyze the behavior of an extrusion system for 3D printing using polylactic acid (PLA) in pellet form. The experimental study was initially conducted through free-air extrusions — i.e., without deposition onto the build plate — and subsequently extended to include on-plate extrusion, in order to evaluate system performance as a function of various process parameters, with particular attention to the interaction between extrusion temperature, layer height, and extrusion speed. Experimental tests were carried out at three different extrusion temperatures (190 °C, 200 °C, and 210 °C), three layer heights (0.375 mm, 0.75 mm, and 1.125 mm), and two screw rotation speeds (15 rpm and 30 rpm). Multiple repetitions were performed for each combination of parameters to ensure robustness in the statistical analysis. The resulting samples were analyzed to determine the mass flow rate delivered by the pellet extruder, calculating the mean, standard deviation, and coefficient of variation for each set of process parameters. The experimental data were used to construct operating curves of the system, illustrating the mass flow rate behavior as a function of layer height. These maps serve as a useful tool for calibrating and optimizing process parameters in 3D printing applications using thermoplastic materials, highlighting the optimal operating conditions for the extrusion process.

Il presente lavoro di tesi ha l’obiettivo di analizzare il comportamento di un sistema di estrusione per la stampa 3D utilizzando come materiale l'acido polilattico (PLA) in forma di pellet. Il progetto sperimentale è stato condotto inizialmente mediante estrusioni a vuoto, ossia senza deposizione sul piatto di stampa, per poi passare a considerare l'estrusione sul piano, al fine di valutare le prestazioni del sistema in funzione di diversi parametri di processo, con particolare attenzione all’interazione tra temperatura di processo, altezza layer e velocità di estrusione. Sono state effettuate prove sperimentali a tre diverse temperature di estrusione (190 °C, 200 °C e 210 °C), tre altezze layer (0.375 mm, 0.75 mm e 1.125 mm), e due velocità di rotazione della vite (15 rpm e 30 rpm). Per ciascuna combinazione di parametri sono state eseguite più ripetizioni per garantire robustezza all'analisi statistica. I campioni così ottenuti sono stati analizzati per determinare la portata massica del sistema, calcolando media, deviazione standard e coefficiente di variazione per ogni combinazione di parametri di processo. I dati sperimentali sono stati utilizzati per la costruzione di mappe di funzionamento del sistema, che descrivono l’andamento della portata massica in funzione dell’altezza del layer. Tali mappe rappresentano uno strumento utile per la calibrazione e l’ottimizzazione dei parametri di processo in applicazioni di stampa 3D con materiali termoplastici, evidenziando le condizioni operative ottimali per il processo di estrusione