Una guida completa sui materiali per la stampa 3D
Table of Contents
- Tipi di tecnologie di stampa 3D e materiali preferiti
- Plastiche nella stampa 3D
- Metalli nella stampa 3D
- Ceramiche e materiali esotici per la stampa 3D
- Materiali compositi e stampa 3D
- Come selezionare i tuoi materiali ideali per la stampa 3D
- Post-Processing degli Oggetti Stampati in 3D
- Il Futuro dei Materiali per la Stampante 3D
- Conclusione
- Leggi di Più
La tecnologia di stampa 3D ha rivoluzionato la produzione e il design di prodotti negli ultimi anni. Conosciuta anche come manifattura additiva, la stampa 3D costruisce oggetti strato dopo strato utilizzando materiali come plastica, metalli, ceramiche e compositi. Con l'avanzare delle capacità dell'hardware e dei materiali di stampa 3D, sempre più industrie stanno adottando questa tecnologia. Ma con così tante macchine e opzioni di materiali ora disponibili, può diventare travolgente per i principianti. Questa guida mira a fornire una panoramica completa delle comuni tecnologie e materiali di stampa 3D.
Tipi di tecnologie di stampa 3D e materiali preferiti
Esistono diversi metodi per fondere materiali durante il processo di stratificazione nella stampa 3D:
- Modellazione a deposizione fusa (FDM) le stampanti estrudono filamenti termoplastici riscaldati attraverso un ugello sulla piastra di costruzione. Le plastiche ABS e PLA sono comunemente utilizzate.
- Stereolitografia (SLA) solidifica la resina liquida in plastica indurita utilizzando un raggio laser ultravioletto diretto da specchi di scansione. Le resine sono formulate per bassa viscosità e tempi di cura veloci.
- Sinterizzazione laser selettiva (SLS) sinterizza insieme polveri fini di plastica, ceramica o metallo con un laser ad alta potenza. Non sono necessarie strutture di supporto e possono essere prodotte caratteristiche interne complesse.
- Sinterizzazione laser diretta di metalli (DMLS) è una tecnologia simile a letto di polvere progettata specificamente per elaborare leghe metalliche ad alta resistenza.
Altri metodi come la giunzione di materiali e la giunzione di leganti possono stampare a colori completi o utilizzare leghe metalliche esotiche. Le possibilità continuano ad espandersi con l'avanzare delle tecnologie e dei materiali di stampa 3D.
Plastiche nella stampa 3D
Gli ingegneri dei materiali continuano a spingere le capacità delle termoplastiche per la stampa FDM. Ecco alcuni filamenti avanzati capaci di stampare prodotti durevoli per l'uso finale:
- ASA (acrilonitrile stirene acrilato)offre resistenza ai raggi UV simile all'ABS insieme alla capacità di resistere alle condizioni meteorologiche all'aperto.
- PC (policarbonato)produce componenti in plastica super resistenti in grado di sostituire parti in metallo lavorate in alcuni casi. Tuttavia, è essenziale avere conoscenze sulla stampa per una buona adesione tra strati.
- Filamenti TPU (poliuretano termoplastico) e TPE flessibiliconsentono stampe simili alla gomma con una pieghevolezza eccezionale per applicazioni come dispositivi indossabili o impugnature personalizzate.
- PEEK (polietere etere chetone)resiste a sostanze chimiche aggressive e procedure di sterilizzazione, rendendolo adatto per la produzione di dispositivi medici e strumenti scientifici. Tuttavia, il prezzo esorbitante del filamento PEEK limita gravemente l'adozione al di fuori delle industrie.
Metalli nella stampa 3D
Fino a poco tempo fa i metalli erano esclusivamente il dominio delle costose stampanti industriali SLS o DMLS nei settori aerospaziale e medico. Acciaio inossidabile, titanio, leghe di nichel e alluminio sono comunemente utilizzati. Le più piccole stampanti di metalli progettate per officine, università e studi di design ampliano ora l'accesso grazie ai minori costi dell'hardware. La maggior parte utilizza la deposizione di metallo legato per estrarre filamenti compositi contenenti fino al 70% di polvere metallica.
1. Acciaio inossidabile - Alta resistenza e resistenza alla corrosione
Stampare in acciaio inossidabile garantisce un'eccezionale stabilità dimensionale per parti destinate all'uso all'aperto o all'esposizione a sostanze chimiche. L'adesione tra strati della deposizione di metallo legato consente persino di stampare ponti o sbalzi senza supporti. Dopo la sinterizzazione, le parti possono essere lavorate, filettate e lucidate per proprietà simili all'acciaio inossidabile prodotto tradizionalmente.
2. Titanio - Estremamente leggero e resistente
Le industrie aerospaziali lavorano frequentemente con leghe di titanio a causa dei rapporti resistenza-peso che superano l'alluminio. Stampare parti complesse in titanio in un'unica soluzione evita le giunzioni saldate che indeboliscono le strutture in titanio lavorate. I prezzi elevati della polvere di titanio rimangono un ostacolo al di fuori di settori come il motorsport alla ricerca di componenti metalliche leggere.
3. Alluminio - Un metallo alternativo accessibile
L'alluminio gode di un'ampia diffusione grazie al suo peso ridotto e alla resistenza alla corrosione. La stampa 3D di metalli consente di consolidare parti personalizzate in alluminio costruite come assemblaggi in passato. Prototipi di attrezzature, componenti robotici e modelli di design traggono tutti vantaggio dall'alluminio stampato in 3D. Con il calo dei costi delle stampanti, le piccole imprese possono sfruttare la prototipazione rapida in alluminio senza dipendere da fornitori esterni.
Ceramiche e materiali esotici per la stampa 3D
Le ceramiche tecniche realizzate in allumina, zirconia e carburo di silicio richiedono temperature estremamente elevate e strumenti di precisione per essere lavorate efficientemente. Parti come giranti di pompe ceramiche e sistemi di guida di missili erano precedentemente impossibili da produrre al di fuori delle fonderie specializzate. La stampa 3D elimina queste barriere con tecnologie a letto di polvere che sinterizzano componenti ceramici complessi.
Inoltre, le possibilità si estendono oltre le sole ceramiche. Con ulteriori ricerche sull'uso di polveri metalliche e ceramiche con giunzione di leganti, persino materiali rari e preziosi come argento o oro possono essere stampati in 3D. La tecnologia potrebbe facilitare impianti medici personalizzati o elettronica che integra tracce conduttive stampate da pasta di rame o grafene reale. Stiamo solo iniziando a esplorare il potenziale che spazia tra ceramiche stampate in 3D, vetro e materiali esotici.
Materiali compositi e stampa 3D
Mentre plastica, metalli e ceramiche rimangono i materiali convenzionali utilizzati nella produzione, i compositi che combinano polimeri con altri rinforzi forniscono caratteristiche meccaniche superiori non raggiungibili attraverso metodi convenzionali.
1. Compositi in fibra di carbonio stampati in 3D
La stampa FDM con filamento in fibra di carbonio riempie le parti con un polimero leggero e rigido. I filamenti rigidi richiedono ugelli in acciaio temprato per stampare componenti resistenti all'abrasione più forti della nylon e avvicinandosi all'alluminio. Le applicazioni vanno dai telai personalizzati per quadricotteri a componenti auto ad alte prestazioni.
2. Compositi in metallo e legno
Anche la modellazione a deposizione fusa combina facilmente le plastiche standard ABS e PLA con polveri metalliche o polpa di legno per alterare proprietà estetiche, termiche e funzionali. Le stampe infuse con ottone, rame e bronzo assomigliano visivamente a metalli lavorati mentre mantengono il peso più leggero delle plastiche. Il filamento di legno cattura persino motivi di grana realistici per prototipi di mobili.
Come selezionare i tuoi materiali ideali per la stampa 3D
Con così tante macchine e materiali ora disponibili per ogni applicazione e budget, abbinare correttamente la tecnologia di stampa agli obiettivi di design e ai requisiti dei materiali richiede ricerca e considerazione di questi fattori chiave:
- Funzionalità della parte - Subirà carichi o condizioni ambientali avverse?
- Precisione dimensionale e precisione di stampa necessarie
- Proprietà meccaniche come rigidità, resistenza all'usura o limiti di temperatura
- Costi dei materiali - I filamenti esotici possono avere prezzi premium
- Semplicità della post-elaborazione - Alcuni materiali hanno supporti di stampa più facili da rimuovere
- Modello della tua stampante 3D e specifiche - Le capacità dei materiali variano.
Un confronto dei materiali popolari per la stampa 3D utilizzando caratteristiche chiave
| Materiale | Proprietà | Parametri di stampa | Costo |
|---|---|---|---|
| PLA | Media resistenza, bassa flessibilità, durata moderata | 180-230°C | Basso |
| ABS | Forte, moderatamente flessibile, altamente resistente | 210-250°C | Medio |
| PETG | Forte e flessibile, alta durata | 230-260°C | Medio |
| TPU | Media resistenza, flessibilità molto alta, durata moderata | 220-250°C | Medio-Alto |
| Nylon | Alta resistenza e flessibilità, eccellente durata | 240-260°C | Alto |
| PEEK | Estremamente resistente, minimamente flessibile, durata molto alta | 360-400°C | Molto Alto |
| Resina | Le proprietà di resistenza e durata variano per tipo, non flessibile, indurita UV | N/A | Alto |
Acquisire esperienza rimane cruciale prima di tentare costruzioni complesse. Le costanti innovazioni dei materiali conferiscono alle stampanti 3D sempre più capacità ogni anno. Fare riferimento a dati quantitativi come schede tecniche o di sicurezza aiuta ingegneri e designer nella selezione e qualificazione del materiale ottimale per ogni applicazione.
Post-Processing degli Oggetti Stampati in 3D
Una stampa fresca appena uscita dalla piastra di costruzione raramente soddisfa i requisiti immediatamente. Vari processi di finitura migliorano resistenza, estetica e funzionalità:
- Rimozione delle Strutture di Supporto– Rimuovere i supporti o scioglierli in bagni chimici.
- Levigatura e Lima– Leviga le scalinate superficiali tra i vari strati visibili nelle stampe.
- Primer e Verniciatura– Le stampe SLA in particolare necessitano di essere levigate, sigillate e verniciate per nascondere le scalinate dei vari strati rivelate dopo la levigatura.
- Unione delle Parti– Incollare i componenti utilizzando solventi, resine e saldature MABS.
- Stampe in Metallo– Richiedono cicli di de-binding e sinterizzazione per bruciare i polimeri e fondere le polveri in metalli solidi.
Il Futuro dei Materiali per la Stampante 3D
La stampa 3D continua a espandersi dai fini prototipi rapidi verso la produzione di parti finali in tutti i settori. Con economie di scala, costi più bassi delle stampanti e una gamma più ampia di materiali, un futuro di produzione interamente distribuita e on-demand è plausibile. Ma la vera sostenibilità dipende dalla riformulazione delle catene di approvvigionamento per conservare le risorse man mano che le tecnologie avanzano.
Le innovazioni nei bioplastici rinnovabili e nella chimica verde possono ridurre al minimo gli sprechi e l'uso di energia durante la sintesi dei materiali per le stampanti 3D. Anche il riciclo deve essere preso in considerazione durante la formulazione di nuovi compositi o polimeri tecnici. Con sforzi collaborativi tra imprese, ricercatori e regolatori, la stampa 3D potrebbe offrire accesso equo e rispettoso del clima ai beni manufatti a livello globale.
Conclusione
Con l'avanzare delle stampanti e dei materiali per offrire maggiore precisione, resistenza e funzionalità a costi inferiori, le possibilità sono infinite. Con la conoscenza dei metodi fondamentali, dei materiali e delle tecniche di post-elaborazione qui trattati, gli ingegneri possono sfruttare la stampa 3D per immaginare design di prodotti e attività completamente nuovi. Mantenere pratiche responsabili e sostenibili mentre la stampa 3D si diffonde ulteriormente garantirà che la tecnologia si sviluppi verso un futuro equo e prospero in tutto il mondo.