Un carico di pressione specifico, come 70N, è essenziale per forzare la superficie naturalmente ruvida di un campione stampato in 3D a entrare in intimo contatto con il cristallo dello spettrometro. Poiché i pezzi stampati in 3D presentano trame irregolari e linee di strato, questa pressione meccanica è necessaria per colmare il divario fisico tra lo strumento e il materiale, garantendo che lo strumento misuri il polimero piuttosto che le sacche d'aria intrappolate sulla superficie.
La rugosità intrinseca degli strati stampati in 3D impedisce l'adesione naturale al cristallo di test. L'applicazione di una pressione controllata e costante elimina queste sacche d'aria, garantendo che i dati di assorbimento riflettano accuratamente le proprietà del materiale piuttosto che le irregolarità superficiali.
Superare la geometria della stampa 3D
Il problema della trama indotta dagli strati
A differenza dei film fusi o dei liquidi, i campioni stampati in 3D raramente sono perfettamente lisci. Il processo di produzione additiva crea creste distinte, linee di strato e trame microscopiche sull'esterno del pezzo. Senza intervento, queste caratteristiche fisiche impediscono al campione di aderire perfettamente al cristallo ATR piatto.
Eliminare le interferenze del segnale
Nella spettroscopia ATR, il raggio infrarosso penetra solo pochi micron nella superficie del campione. Se il campione "galleggia" sopra il cristallo a causa della rugosità superficiale, il raggio interagisce principalmente con le sacche d'aria tra gli strati. Un'alta pressione comprime le creste del campione, forzando il materiale verso il basso per eliminare questa interferenza.
Garantire l'integrità e la comparabilità dei dati
La necessità di un contatto costante
Per ottenere dati affidabili, l'area di contatto tra il campione e il cristallo deve essere massimizzata e stabile. Un carico specifico, come 70N, garantisce che la pressione sia sufficiente a superare la rigidità del materiale e la topografia superficiale. Ciò crea una condizione di interfaccia ripetibile per ogni scansione.
Accuratezza nell'intensità di assorbimento
L'intensità dei picchi di assorbimento in uno spettro FT-IR è direttamente correlata alla qualità del contatto. Un contatto scadente produce segnali deboli e rumorosi che non rappresentano la vera composizione chimica. Applicando un'alta pressione definita, si garantisce che l'intensità di assorbimento sia accurata e non artificialmente smorzata da un accoppiamento scadente.
Abilitare l'analisi comparativa
Quando si testano più campioni stampati in 3D, le variazioni nella pressione manuale possono distorcere i risultati. L'utilizzo di un carico numerico fisso garantisce che le differenze nei dati spettrali siano dovute a differenze chimiche effettive tra i campioni, non a incoerenze nel modo in cui l'operatore ha premuto il campione.
Comprendere i rischi dell'applicazione della pressione
Potenziale di deformazione del campione
Sebbene un'alta pressione sia necessaria per un buon contatto, può comprimere o deformare fisicamente i polimeri stampati in 3D più morbidi. È necessario assicurarsi che la pressione applicata non alteri l'integrità strutturale del campione in modo da distorcere le proprietà specifiche che si stanno cercando di misurare.
Limitazioni del cristallo
È fondamentale verificare che il materiale del cristallo dello spettrometro possa sopportare il carico specifico applicato. Mentre i cristalli di diamante sono abbastanza robusti per carichi elevati come 70N, materiali cristallini più morbidi (come ZnSe o Ge) possono scheggiarsi sotto una forza localizzata così elevata.
Fare la scelta giusta per il tuo obiettivo
Standardizzare l'applicazione della pressione è il modo più efficace per migliorare la qualità dei dati spettroscopici sui pezzi stampati.
- Se il tuo obiettivo principale è l'accuratezza quantitativa: Applica un carico elevato e costante (ad esempio, 70N) per massimizzare l'intensità del picco ed eliminare gli artefatti superficiali causati dalle sacche d'aria.
- Se il tuo obiettivo principale è il confronto lotto per lotto: Aderisci rigorosamente alla stessa impostazione di pressione esatta per ogni campione per garantire che le varianze spettrali riflettano i cambiamenti del materiale, non le incoerenze operative.
La coerenza nell'applicazione della pressione trasforma scansioni rumorose e inaffidabili in dati precisi e utilizzabili.
Tabella riassuntiva:
| Parametro | Influenza sui test FT-IR ATR |
|---|---|
| Rugosità superficiale | Le linee degli strati stampati in 3D creano sacche d'aria che interferiscono con il segnale |
| Carico di pressione (70N) | Comprime le creste per garantire un intimo contatto con il cristallo |
| Integrità del segnale | Elimina il rumore e massimizza l'intensità del picco di assorbimento |
| Coerenza dei dati | Il carico standardizzato consente un confronto affidabile lotto per lotto |
| Compatibilità del cristallo | Si consigliano cristalli di diamante per carichi ad alta pressione (70N) |
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Riferimenti
- Sam Cressall, Davide Deganello. The effect of high-intensity gamma radiation on PETG and ASA polymer-based fused deposition modelled 3D printed parts. DOI: 10.1007/s10853-023-09309-2
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