Guida ai materiali per la stampa 3D: le plastiche

Fonte: 3dnatives.com

Le plastiche sono tra i materiali più utilizzati per la stampa 3D. Grazie alla loro facilità di produzione, versatilità e impermeabilità, nonché al basso costo, le plastiche sono impiegate in una moltitudine di prodotti e settori, quello dell’Additive Manufacturing non fa eccezione. Vediamo insieme, nel dettaglio, quali sono le caratteristiche e le applicazioni di questi materiali. Una plastica è un materiale realizzato con composti sintetici o semi-sintetici che ha la proprietà di essere malleabile (di cambiare forma). La maggior parte delle plastiche presenti sul mercato è interamente sintetica, ovvero derivata da elementi petrolchimici. Tuttavia, vista la crescente preoccupazione per l’ambiente, le plastiche derivate da materiali rinnovabili come l’acido polilattico (PLA) sono a loro volta popolari sul mercato.

Nella seguente guida daremo un’occhiata alle plastiche per stampa 3D più comuni. Come saprai, il processo di stampa 3D più popolare ed economico, l’FDM, produce pezzi tramite l’estrusione di filamenti di plastica. Tuttavia, la precisione sulle macchine FDM non è la stessa di altri processi come SLS o SLA. Quindi, per parti industriali e per utilizzo finale, i produttori optano per lo più per le tecnologie SLS (utilizzando polveri polimeriche) o SLA (utilizzando resine polimeriche), le quali offrono una maggiore precisione e una maggiore qualità nei pezzi realizzati. Altre tecnologie di stampa 3D con cui le plastiche possono essere utilizzate sono Material Jetting e Multi Jet Fusion.

Ma quali plastiche possono essere utilizzate nella produzione additiva? Sotto forma di filamenti o di polvere, la plastica deve essere fusa per formare l’oggetto stampato strato per strato. Sotto forma di resina, per formare l’oggetto si deve solidificare. Ciascuna plastica richiederà diversi parametri di stampa 3D durante il processo di produzione e donerà ai pezzi proprietà diverse. Di seguito forniamo una panoramica dei diversi materiali plastici che possono essere utilizzati nella stampa 3D.

ABS: il filamento più utilizzato tra le plastiche per stampa 3D

I filamenti di ABS sono i più utilizzati nella stampa 3D. Si utilizza nella carrozzeria delle automobili, negli elettrodomestici e nei case dei cellulari. Si tratta di un termoplastico che contiene una base di elastomeri basati su polibutadiene che lo rende più flessibile e resistente agli urti. L’ABS si trova anche in polvere per i processi a letto di polvere come la SLS e in forma liquida per le tecnologie SLA e PolyJet. L’ABS è impiegato nella stampa 3D ad una temperatura tra 230 e 260 °C. Si tratta di un materiale resistente, in grado di sopportare facilmente temperature da -20°C a 80°C. Oltre alla sua elevata resistenza, è un materiale riutilizzabile e può essere saldato con processi chimici. Tuttavia, l’ABS non è biodegradabile e si contrae a contatto con l’aria, quindi il piatto di stampa deve essere riscaldato per evitare deformazioni. Inoltre, si raccomanda di utilizzare una stampante 3D a camera chiusa per limitare l’emissione di particelle quando si stampa con l’ABS. Per maggiori informazioni rimandiamo alla nostra guida all’ABS.

PLA

Noto come acido polilattico o PLA, questo materiale ha il vantaggio di essere biodegradabile, a differenza dell’ABS. Il PLA è realizzato utilizzando materie prime rinnovabili come l’amido di mais. Il PLA è uno dei materiali più facili da stampare, sebbene abbia la tendenza a ritrarsi leggermente dopo la stampa 3D. A differenza della stampa con ABS, quando stampi con PLA non occorre una piatto riscaldato. Il PLA, inoltre, si stampa a una temperatura più bassa rispetto all’ABS, tra 190 e 230 °C. Il PLA è un materiale più difficile da manipolare per via della sua elevata velocità di raffreddamento e solidificazione. È anche importante menzionare che questo materiale si può deteriorare a contatto con l’acqua. Ciò nonostante, il materiale è semplice da usare e fornito in una vasta gamma di colori, il che lo rende adatto alla stampa 3D con FDM. I maker usano spesso il PLA per realizzare oggetti decorativi o piccoli giocattoli, ma questo materiale viene utilizzato anche nell’industria per la prototipazione. Scopri maggiori informazioni sul PLA nella nostra guida dedicata.

ASA

L’ASA è un materiale che ha proprietà simili all’ABS, ma una maggiore resistenza ai raggi UV. Come nel caso dell’ABS, si consiglia di stampare il materiale su un piano riscaldato per prevenire qualsiasi deformazione. Quando si stampa con l’ASA si utilizzano impostazioni di stampa simili all’ABS, ma bisogna prestare la massima attenzione a stampare con camera chiusa per via delle emissioni di stirene. Maggiori informazioni su questo materiale nella nostra guida all’ASA.

PET

Il tereftalato di polietilene, o PET, è comunemente contenuto nelle bottiglie di plastica usa e getta. Il PET è il filamento ideale per qualsiasi pezzo che debba entrare a contatto con il cibo. Inoltre, il materiale è piuttosto rigido e ha una buona resistenza chimica. Per ottenere i migliori risultati di stampa con il PET, consigliamo di stampare tra 75 – 90ºC. Il PET è comunemente commercializzato come un filamento traslucido con varianti come PETG, PETE e PETT. I vantaggi del PET comprendono il fatto che il materiale non emette odori durante la stampa ed è al 100% riciclabile.

PETG

Il PETG, o poliestere modificato con glicole, è una termoplastica ampiamente utilizzata sul mercato della manifattura additiva, unendo al tempo stesso la semplicità della stampa 3D con PLA e la resistenza dell’ABS. Si tratta di una plastica amorfa che può essere riciclata al 100%. Ha la stessa composizione chimica del polietilene tereftalato, più noto con l’acronimo PET. L’aggiunta di glicole ne riduce la fragilità. Scopri maggiori informazioni sul PETG nella nostra guida dedicata.

Policarbonato (PC)

Il policarbonato (PC) è un materiale dalla elevata resistenza concepito per applicazioni tecniche. Il materiale ha una buona resistenza alla temperatura, ed è in grado di resistere a qualsiasi deformazione fino a circa 150°C. Tuttavia, il PC tende ad assorbire l’umidità dall’aria, cosa che può influire negativamente sulle prestazioni e sulla resistenza di stampa. Quindi, il PC deve essere stoccato in contenitori stagni. Il PC è altamente apprezzato dall’industria AM per la sua resistenza e trasparenza. Ha una densità molto più bassa del vetro ed è quindi particolarmente interessante per il design di parti ottiche, schermi protettivi oppure oggetti decorativi. Per maggiori informazioni, consulata la nostra guida al PC per la stampa 3D.

Polimeri ad alte prestazioni (PEEK, PEKK, ULTEM)

L’evoluzione delle tecnologie di stampa 3D ha portato a un ampio lavoro di ricerca sui materiali di stampa, che ha permesso lo sviluppo di una gamma completa di filamenti dalle elevate prestazioni con caratteristiche meccaniche simili a quelle dei metalli. Ci sono numerosi tipi di plastiche per stampa 3D dalle alte prestazioni come PEEK, PEKK o ULTEM – sono distinti per famiglia come poliarileterchetoni (PAEK) o polieterimmidi (PEI). Questi filamenti hanno un’elevatissima resistenza termica e meccanica, sono molto robusti e allo stesso tempo molto più leggeri di alcuni metalli. Queste proprietà li rendono molto interessanti nei settori aerospaziale, automobilistico e medico.

Per le loro caratteristiche, i polimeri dalle elevate prestazioni non possono essere stampati su tutte le macchine FDM sul mercato. Infatti, la stampante 3D deve avere una piatto riscaldato in grado di raggiungere almeno 230°C, un’estrusione a 350°C e una camera chiusa. Oggi, circa il 65% di questi materiali è stampato con tecnologia FDM, ma si trovano anche sotto forma di polvere, compatibili con la tecnologia SLS. Scopri maggiori informazioni nella nostra guida dedicata ai materiali ad alte prestazioni.

Polipropilene (PP)

Il polipropilene è un’altra termoplastica ampiamente utilizzata nel settore automobilistico, nel settore tessile professionale e nella produzione di centinaia di oggetti di uso quotidiano. Il PP è noto per la sua resistenza all’abrasione e per la sua capacità di assorbimento degli urti, oltre alla sua relativa rigidità e flessibilità. Tuttavia, tra gli svantaggi del materiale ci sono la sua scarsa resistenza alle temperature e la sensibilità ai raggi UV, che può provocarne l’espansione. Per questo motivo, diversi produttori hanno sviluppato tipi alternativi di PP, simil-propileni, più robusti sia dal punto di vista fisico che meccanico. Maggiori dettagli nella nostra guida al PP per la produzione additiva.

Materiali compositi

I materiali compositi sono estremamente utili nel creare parti estremamente leggere, ma robuste al tempo stesso. Le fibre aggiungono resistenza a un pezzo senza aggiungere peso, ecco perché ci riferiamo ai composti denominandoli anche materiali fibrorinforzati. Ci sono due tipi di rinforzo: fibre corte o fibre continue. Nel primo caso, fibre tagliate che consistono in segmenti di lunghezza inferiore a un millimetro, sono mischiate nei materiali plastici tradizionali per la stampa 3D per aumentare la rigidità e, in minore misura, la resistenza dei componenti. Le fibre tagliate possono essere mischiate con materiali termoplastici quali nylon, ABS o PLA. In alternativa, le fibre possono essere aggiunte alle termoplastiche in maniera continuativa per arrivare a un pezzo più robusto. La fibra principale impiegata nel settore della stampa 3D è la fibra di carbonio, ma ci sono anche altre fibre come la fibra di vetro o il Kevlar. Scopri maggiori informazioni nella nostra guida ai materiali compositi.

Materiali ibridi

I materiali ibridi nascono dalla miscela di plastiche e polveri che danno loro un nuovo colore, una nuova finitura o ulteriori proprietà. Spesso basati sul PLA, questi materiali sono solitamente composti al 70% da PLA e al 30% da materiali ibridi. Ad esempio, sono disponibili filamenti a base di legno come bambù, sughero, polvere di legno e molto altro. Questi materiali a base di legno mischiati con il PLA donano al filamento ibrido una consistenza più organica. Alcuni materiali ibridi contengono polveri di metallo per dare ai pezzi una finitura metallizzata.

Materiali solubili per la stampa 3D

I materiali solubili sono materiali stampati affinché si dissolvano in una fase successiva del processo di fabbricazione. I due materiali per filamenti solubili più comuni sono HIPS (polistirene antiurto) e PVA (polivinil acetato). L’HIPS è associato all’ABS e può essere dissolto con il limonene, mentre il PVA è associato al PLA e può essere dissolto con la semplice acqua.

Esistono anche i filamenti BVOH, che stanno diventando sempre più popolari, soprattutto nelle stampanti a doppio estrusore. Questo perché il materiale è solubile in acqua e secondo gli esperti presenta una solubilità più elevata rispetto al PVA.

Materiali flessibili

I filamenti flessibili sono simili al PLA, ma solitamente sono realizzati in TPE o in TPU. Il vantaggio di utilizzare questi filamenti nella stampa 3D è che permettono la creazione di oggetti deformabili, ampiamente impiegati nel settore della moda. Solitamente, questi filamenti flessibili hanno le stesse caratteristiche di stampa del PLA, ma sono disponibili in una serie di gamme diverse basate sulla loro rigidità. Vale la pena scoprire quale tipo di estrusore è più adatto per ciascun materiale per evitare che si intasi al momento di procedere alla stampa 3D.

Nylon

Gli oggetti realizzati con poliammidi (nylon) sono solitamente creati a partire da una polvere fine, bianca e granulare con la tecnologia SLS. Ci sono tuttavia alcune varianti del materiale come il nylon che sono anche disponibili in filamenti impiegati nella modellazione a deposizione fusa (FDM). Grazie alla loro biocompatibilità, i poliammidi possono essere utilizzati per creare pezzi che entrino in contatto con generi alimentari (ad eccezione di cibi contenenti alcol). Costituiti da strutture semi cristalline, i poliammidi hanno un buon equilibrio di caratteristiche chimiche e meccaniche che offrono una buona stabilità, rigidità, flessibilità e resistenza agli urti. Grazie a questi vantaggi, il materiale conta numerose applicazioni in vari settori e offre un elevato livello di dettaglio. Grazie alla loro elevata qualità, i poliammidi sono utilizzati nella fabbricazione di ingranaggi, pezzi per il mercato aerospaziale, per il mercato automobilistico, robotica, protesi mediche e stampi a iniezione. Maggiori dettagli nella nostra guida sul nylon per la stampa 3D.

Alumide

Gli oggetti in alumide sono prodotti a partire da una combinazione di poliammidi e polvere di alluminio impiegando il processo SLS. Il materiale ha un’ampia superficie leggermente porosa e un aspetto granuloso, che offre una notevole forza e una buona resistenza alle alte temperature (fino a 172°C). Tuttavia, sono necessari alcuni trattamenti di post-elaborazione quali molatura, sabbiatura, rivestimento o fresatura. L’alumide è utilizzato per produrre modelli complessi, pezzi di design o per la produzione in piccola serie di modelli funzionali che richiedono un’elevata rigidità e un aspetto simile all’alluminio.