Guida ai materiali (filamenti) per la stampa 3D

Pietro Meloni Stampa 3D 0 Comments

La crescente diffusione di stampanti 3D a filamento (FFF), e le migliorie che la tecnologia apporta al processo sono accompagnate (di pari passo) dalla disponibilità di nuovi materiali utilizzabili per la stampa.

In questa breve guida, le principali caratteristiche ed applicazioni dei materiali più diffusi.

filamenti per la stampa 3D

PLA (acido polilattico) è uno dei due materiali più comunemente usati per desktop 3D stampa (l’altro è ABS). E’ il materiale consigliato per molte stampanti desktop 3D, per svariati motivi. Il PLA è economico, meccanicamente resistente e – essendo derivato da sostanze vegetali (es. amido di Mais), non emana cattivo odore durante la stampa ed è considerato più compatibile con l’ambiente e tendenzialmente biodegradabile. Uno dei principali motivi della grande diffusione del PLA (oltre a quelli già citati), è che fonde ad una temperatura inferiore rispetto all’ABS e – salvo in caso di oggetti particolarmente grandi – non necessita di piano riscaldato. Questo lo rende compatibile anche con le stampanti più economiche (appunto prive del piano riscaldato), e comporta un consumo di energia per la stampa sensibilmente minore. Gli svantaggi del PLA sono diversi: i filamenti (proprio in quanto biodegradabili) sono soggetti ad un relativamente rapido deterioramento, dovuto all’assorbimento dell’umidità e alla sensibilità ai raggi UV, ed andrebbero utilizzati entro 6 mesi dall’acquisto. La consistenza degli oggetti è particolarmente rigida, ma anche fragile: i piccoli dettagli possono facilmente rompersi.
La stampa con il PLA non è difficile (la deformazione non è eccessiva), ma è importante che i filamenti siano di buona qualità per evitare intasamenti dell’estrusore, relativamente frequenti con questo materiale. Prima di concludere una sessione di stampa è conveniente ritrarre di 2-3 mm il filamento, per evitare che il materiale raffreddi all’interno dell’ugello. Il PLA è disponibile in diametri di 1.75 e 3 mm., e si può stampare a velocità piuttosto elevate (60-200 mm/sec).

PLA Pro Series E’ una formulazione di PLA destinata alla produzione di stampe professionali di alta qualità. Assicura una finitura migliore, con una più vibrante colorazione opaca, rispetto al PLA standard. Il PLA Pro Series è fabbricato negli negli Stati Uniti e viene prodotto con specifiche di consistenza del diametro più  restrittive. Il costo è circa il doppio o anche superiore rispetto al PLA standard.

PLA morbido o PLA flessibile E’ utile per parti che possano resistere alla flessione o piegatura, che debbano presentare un aspetto “gommoso”. Si può stampare con tutte le stampanti in grado di stampare PLA, ed è disponibile in vari colori. Segnalo l’ottimo Kyotoflex (TreeDFilaments), un materiale “tecnico” dalle caratteristiche veramente interessanti, disponibile tuttavia esclusivamente nella colorazione verde clorofilla.

PLA Glow-in-the-Dark E’ una versione fosforescente di PLA. Adatto (se dotato di opportune certificazioni), per realizzare gadget per bambini. Generalmente disponibile in sfumature di colore che vanno dal giallo al verde.

PLA per alte temperature Una versione di PLA che può resistere a temperature più elevate rispetto al PLA standard (90-100°).

PLA con cariche metalliche. Filamenti che includono una percentuale anche rilevante (sino all’80%) di polveri metalliche. Sono utilizzati per simulare oggetti in rame, bronzo, alluminio etc. Questi filamenti sono generalmente abrasivi, ed andrebbero utilizzati con ugelli in metallo duro. Considerato il peso specifico elevato (a causa della componente metallica), il costo (molto maggiore rispetto al comune PLA), e la tendenza a venire utilizzato con infill 100% per riprodurre il “peso” dei modelli, risulta particolarmente costoso.

ABS (acrilonitrile-butadiene-stirene) è un altro materiale comunemente usato nella stampa 3D desktop.Utile per ottenere parti durevoli, che debbano resistere a temperature relativamente elevate. In confronto al PLA, ABS è meno ‘fragile’ (è il materiale con il quale sono costruiti i mattoncini Lego), ed è generalmente più facile (meno sensibile alla variazione dei parametri di stampa) rispetto al PLA.
I filamenti di ABS hanno una “durata” maggiore, ed è possibile “levigare” gli oggetti con vapori di acetone, per eliminare il tipico aspetto stratificato delle stampe 3D, ma anche per questo materiale naturalmente c’è un “rovescio della medaglia”. L’ABS emana un cattivo odore chimico (sicuramente poco salutare) durante la stampa, tende a deformarsi sensibilmente e si ritira raffreddandosi. Richiede in modo “mandatorio” la presenza di un buon piano riscaldato e la stampa consuma maggiore energia. I diametri disponibili sono gli stessi del PLA. Si stampa a velocità medie (30-80 mm/sec).

ABS DeLuxe Sono bobine di filamento (generalmente disponibili in confezioni da 2,3 Kg) con una uniformità di diametro molto elevata (+-0,05mm), che migliora la precisione di stampa. Il prezzo è di poco più elevato rispetto all’ABS standard.

Smart ABS E’ una particolare formulazione di ABS che assicura una maggiore resistenza meccanica agli oggetti stampati, con minore tendenza alla delaminazione. La consistenza del diametro è anche in questo caso elevata. Lo SmartABS è in genere fornito in bobine da 750 gr., e il costo è di circa il doppio rispetto all’ABS standard.

ABS-X o ABS Low Warping Questo materiale conserva le caratteristiche principali dell’ABS, ma è formulato in modo da ridurre la tendenza alle deformazioni e al distacco dal piano di lavoro.

PETG o GPET E’ un materiale derivato dal diffusissimo “PET”, largamente utilizzato nella produzione di contenitori (bottiglie) per liquidi. Presenta una naturale colorazione semitrasparente, e anche nel caso venga pigmentato conserva un aspetto lucido ed opalino. Ha delle caratteristiche che racchiudono i “pregi” del PLA (facilità di stampa, temperature di estrusione contenute, bassissima tendenza al ritiro, deformazione, distacco) e quelle dell’ABS (resistenza, flessibilità, possibilità di eseguire lavorazioni in postproduzione). E’ ideale per le stampe di grande formato. Come caratteristiche peculiari, è pressoché inattaccabile da acidi/basi, solventi, ambienti salini, oli, e si presta per impieghi tecnici.
Unico “difetto”, la tendenza a formare sottili bave nei movimenti di traslazione, che va contrastata con profili di stampa che prevedano una elevata e rapida ritrazione.

LayWood E’ un materiale che ricorda molto il legno (che fa parte in misura variabile della miscela). E’ meccanicamente meno resistente dell’ABS e del PLA, e tende a variare colore (da più chiaro a più scuro) con l’aumentare della temperatura di fusione, offrendo la possibilità di creare interessanti effetti.

LayBrick   E’ un materiale dall’aspetto simile alla pietra grigia. Può essere facilmente carteggiato, sabbiato, dipinto. E’ particolarmente adatto per soggetti architettonici e per la stampa di modelli organici (es. ossa). Ha il grande vantaggio di rendere poco evidenti gli strati (praticamente invisibili sotto i 100 mm di layer), se stampato a basse temperature. Gli oggetti risultano meno resistenti rispetto a quelli stampati con ABS o PLA.

Nylon E’ un materiale della famiglia delle poliammidi sintetiche, originariamente utilizzato per produrre tessuti con caratteristiche simili alla seta. Dotato di proprietà meccaniche particolarmente interessanti, il nylon permette di produrre oggetti resistenti, flessibili, duraturi. Non può essere stampato con le macchine più economiche, poiché richiede temperature spesso superiori ai 250°.
E’ particolarmente sensibile all’umidità: le bobine vanno conservate in contenitori chiusi, e preferibilmente deumidificate prima dell’uso. Tende a deformarsi durante la stampa, e non richiede l’uso di piani riscaldati. La superficie migliore per stampare il nylon è la bachelite grezza. Il nylon può essere colorato dopo la stampa con colori per tessuti a base acida.

Nylon 12 (LongChain) E’ un particolare Nylon a catena lunga. Molto più facile da stampare del Nylon 6-6, risulta più robusto e meno flessibile, ma soprattutto presenta un livello di igroscopia notevolmente più basso, tanto che la sua conservazione è facilitata, e non richiede di essere deumidificato prima della stampa.

TPE Questa sigla sta per Thermo Plastic Elastomer, ed identifica appunto degli elastomeri termoplastici. Dei materiali in grado di produrre oggetti elastici e flessibili, simili alla gomma. Questi filamenti sono relativamente difficili da trattare e, a causa dell’attrito generato contro le pareti dell’estrusore, è preferibile stamparli a basse velocità.

TPU (Thermoplastic polyurethane) E’ un filamento flessibile (non elastico). Si utilizza con parametri simili a quelli impiegati per gli altri elastomeri: bassa velocità, minime o assenti ritrazioni, etc.

PVA (Polyvinil Acetate) è un materiale particolare, idrosolubile, che viene generalmente utilizzato come materiale di supporto nelle stampanti con doppio estrusore. L’estrusore primario deposita il materiale con il quale verrà costruito l’oggetto (es. PLA o ABS), mentre l’estrusore secondario deposita, nelle zone dove a causa di pronunciati sottosquadri è necessario un supporto, il PVA, che può in seguito venire facilmente dissolto immergendo l’oggetto in acqua. Fornito in piccole bobine (se ne utilizza poco, generalmente), il PVA è uno tra i materiali più costosi (c.a. 100€/kg). A causa della sua peculiare caratteristica, deve essere assolutamente deumidificato prima dell’uso.

PP (Polipropilene). E’ un filamento aggiunto solo di recente alla gamma di materiali stampabili con macchine FDM. Estremante robusto, può essere usato per realizzare oggetti virtualmente “indistruttibili”. I modelli ottenuti attraverso la stampa 3D hanno praticamente le stesse proprietà meccaniche di oggetti simili stampati ad iniezione. Difficile da stampare e incline a considerevoli deformazioni, si distacca facilmente dal piano di appoggio (possibilmente, in polipropilene o in carbonio).

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