Percorso del materiale nella stampante
Reologia — modello di Herschel–Bulkley per fluidi a soglia di scorrimento, pseudoplastici:
Carico solido → viscosità via relazione di Maron–Pierce sulla frazione volumetrica φ rispetto al massimo impacchettamento φmax:
φmax è ridotto dalle fibre ad alto rapporto d'aspetto (cotone, canapa): più fibre → impacchettamento peggiore → soglia più alta. La soglia τ_y somma un contributo colloidale/frizionale e uno di rete fibrosa percolante (∝ φ_fibra² · AR).
Flusso in ugello cilindrico — integrazione del profilo per fluido di Herschel–Bulkley (cuore a pistone di raggio r_p = R·τ_y/τ_w):
Costruibilità (shape retention) — altezza massima prima del collasso plastico sotto peso proprio:
Importante: le relazioni composizione→reologia qui implementate sono fenomenologiche e servono per esplorazione parametrica e progettazione del DOE. I parametri (C_K, esponenti, φmax,0) vanno calibrati su misure reometriche reali del vostro sistema prima di qualunque affermazione quantitativa in pubblicazione. Lo strumento predice tendenze e finestre di lavorabilità, non sostituisce il reometro. Con l'override "dati misurati" puoi sostituire τ_y, K, n con i tuoi valori sperimentali.
Dati fisici verificati su letteratura peer-reviewed
Densità solidi (densità reale/parete cellulare, per il calcolo di φ):
· Gesso (CaSO₄·2H₂O): ~2320 kg/m³ — valore mineralogico standard.
· Cotone/cellulosa: 1540 kg/m³ (olocellulosa, Ehrnrooth 1984); cristalliti di cellulosa ~1600 kg/m³ indipendentemente dall'origine — Sci. report su true density nanocellulose.
· Canapulo (densità di parete cellulare): ~1450 kg/m³ — Amziane & Collet 2018; MIP 1.45 g/cm³, R. Soc. Open Sci. 2018. La densità bulk del canapulo è invece ~110–260 kg/m³ (76% porosità): per φ conta quella di parete.
· Metilcellulosa: ~1390 kg/m³ (valore tipico).
Trattamento termico (soglie da TGA):
· Acqua libera: evaporazione fino a ~100–120 °C.
· Gesso → emiidrato (~100–150 °C) → anidrite (~170–200 °C). Perdita di massa totale 20,9% del gesso (15,7% + 5,2%) — TGA, ACS Omega 2019; calcium sulfate.
· Lignocellulosa: emicellulosa ~150–250 °C, cellulosa ~300–400 °C (picco ~350 °C), lignina 250–600 °C; combustione completa in aria ~480–550 °C — J. Therm. Anal. Calorim. (cotone, canapa); review degradazione lignocellulosa 2026.
Reologia e stampabilità (DIW/estrusione di paste):
· Herschel–Bulkley è il modello accettato per inchiostri/argille/cementi da DIW; relazioni analitiche Q–ΔP e profilo di velocità in ugello cilindrico — Luzzi et al., Adv. Mater. Technol. 2025 (review).
· Maron–Pierce η_r=(1−φ/φ_max)⁻²; φ_max ≈ 0,64 (random close packing di sfere) — rheology reviews; argille DIW stampabili a φ ≈ 25–57 vol% — Ordoñez et al. 2020.
· Costruibilità: criteri di rottura basati sulla soglia di scorrimento vs stress verticale ρgH (qui α=1, limite conservativo; in letteratura σ_crit ≈ √3·τ_y, von Mises) — buildability 3D concrete printing.