Filamenti per stampante 3D: quali scegliere?

Come scegliere i filamenti per la tua stampante 3D? Quali caratteristiche devono essere tenute in considerazione? La modellazione a deposizione fusa (FDM) è uno dei processi di stampa 3D più diffusi sul mercato per via della sua facilità di utilizzo, accessibilità e prestazioni. È noto soprattutto per essere compatibile con varie termoplastiche, vale a dire materiali in grado di ammorbidirsi sotto l’effetto del calore e che ritornano alla loro forma originale quando si raffreddano. Per poter essere estruse dalla stampante 3D, queste termoplastiche sono trasformate in un filamento che può essere guidato e fuso dall’estrusore. Oggi, la maggior parte delle plastiche nel settore possono subire questa trasformazione, ampliando così il ventaglio di possibilità a disposizione.

Prima di passare ai diversi filamenti per stampante 3D che esistono sul mercato della manifattura additiva, è importante comprendere come sono classificate le plastiche, un primo passo fondamentale che ti aiuterà a comprendere meglio i materiali disponibili e le loro caratteristiche. Oggi, ci sono le cosiddette plastiche amorfe o semi-cristalline: questi aggettivi definiscono la struttura intermolecolare del polimero, a seconda di come reagiscono quando si solidificano in seguito a fusione.

L’FDM è uno dei processi più diffusi nella stampa 3D. È compatibile con i filamenti di plastica

In particolare, le catene di plastiche amorfe diventano ingarbugliate e rimangono disordinate durante la fase di solidificazione. Viceversa, le catene di plastiche semi-cristalline si organizzano e sistemano in relazione le une con le altre. Da questo derivano proprietà diverse: i materiali amorfi, ad esempio, sono solitamente più trasparenti e hanno una minore stabilità dimensionale. Infine, un altro punto importante che classifica la famiglia delle plastiche è la temperatura di fusione: le plastiche standard avranno una temperatura più bassa rispetto ai cosiddetti materiali tecnici. I polimeri dalle elevate prestazioni, d’altro canto, richiedono una gestione termica più avanzata, con temperature di fusione che si aggirano intorno ai 300°C (572°F).

Filamenti standard per stampanti 3D

Il PLA

Il PLA, o acido polilattico, è un materiale semi-cristallino derivante da fonti rinnovabili, solitamente amido di mais. A differenza della maggior parte delle plastiche derivate dall’industria petrolifera, il PLA è considerato più ecologico perché, nelle giuste condizioni, è biodegradabile. Si tratta di un filamento per stampanti 3D molto facile da usare, ecco perché è molto popolare sul mercato della stampa 3D. Compatibile con i prodotti alimentari, la sua temperatura di estrusione è solitamente di 180°C. Ha una buona stabilità geometrica ed è solitamente non soggetto a deformazione. È principalmente utilizzato per prototipazione, lavorazione meccanica, parti decorative o nel settore medico. Il PLA è disponibile in una serie di colori ed è spesso utilizzato come matrice per i materiali compositi.

Il polipropilene

Il PP è uno dei materiali più utilizzati nello stampaggio a iniezione, noto per la sua leggerezza, resistenza agli agenti chimici e alla fatica e buon isolamento elettrico. Si trova anche sotto forma di filamento per stampanti 3D, offre una buona resistenza contro gli urti, una buona tenuta del gas e semi-rigidità. Va notato, tuttavia, che è piuttosto difficile da stampare, dato che non aderisce alla piastra. Ha punti di fusione molto precisi e richiede un’eccellente gestione termica. In termini di applicazioni, il filamento PP è utilizzato per packaging, clip e dispositivi di fissaggio, contenitori di liquidi, ecc.

Un pezzo stampato in 3D realizzato in PP (crediti foto: Materialise)

ABS: uno dei filamenti per stampanti 3D più utilizzati

Questa volta passiamo a una struttura amorfa: l’ABS è un filamento noto per la sua resistenza agli urti a bassa temperatura e per la sua leggerezza. Non è sempre facile classificare questo materiale: talvolta si trova nella parte tecnica della piramide ed è meno facile da lavorare del PLA, ad esempio. Nella stampa 3D, è soggetto a deformazione, per questo motivo richiede l’uso di una piastra di riscaldamento. Le sue proprietà lo rendono il materiale ideale per la produzione di prototipi funzionali, parti di attrezzi spesso sollecitate o la fabbrica di stampi. L’ABS è uno dei filamenti per stampante 3D più economico e dunque tra i più utilizzati.

Filamenti tecnici

Nylon

Il nylon, anche noto come poliammide (PA) è presente sul mercato della produzione additiva prevalentemente sotto forma di polvere per la tecnologia SLS. Tuttavia, può essere trovato sotto forma di filamenti, disponibile con 6 atomi di carbonio, quindi PA6. Quest’ultimo è simile all’ABS e richiede a sua volta un piatto riscaldato perché non aderisce in modo ottimale. Il PA6 è noto per la sua resistenza agli urti e all’abrasione, oltre che per la sua flessibilità. Ha una durata piuttosto lunga, ideale per la produzione di parti come cardini, componenti di macchine e attrezzi. Può essere rinforzato con fibre di carbonio o di vetro. Va notato che il nylon è un materiale che assorbe l’umidità, quindi è importante riporlo in un luogo asciutto.

Il controllo dell’umidità è fondamentale per il PA6 (crediti foto: Sharebot)

PET, un filamento più tecnico per stampanti 3D

Il PET è un materiale molto conosciuto in quanto è utilizzato per produrre le bottiglie di plastica. Nella stampa 3D è meglio noto sotto forma di PETG, vale a dire con l’aggiunta di glicole al fine di ridurre il suo aspetto friabile. È principalmente conosciuto per la sua trasparenza e per la sua compatibilità con gli alimenti. Ad esempio, numerosi packaging e contenitori sono stampati con PETG. È una buona alternativa al PLA o all’ABS.

Il POM

Il poliossimetilene, o POM, è un materiale semi-cristallino che sta diventando sempre più utilizzato nella stampa 3D. È dotato di eccellenti proprietà chimiche, è resistente al calore, agli urti e all’abrasione. Il POM può essere utilizzato nella stampa 3D per diverse applicazioni, come ad esempio la produzione di fibbie degli zaini, di componenti che devono essere esposti a calore o ingranaggi. È tuttavia un filamento piuttosto difficile da stampare perché richiede una buona gestione termica – piatto, estrusore e camera. Va inoltre notato che ci sono pochi produttori di questo tipo di filamento per stampanti 3D rispetto a materiali come il PLA o l’ABS.

Il POM sta diventando sempre più comune nella stampa 3D (crediti foto: POM)

Policarbonato, un filamento amorfo per stampanti 3D

Il policarbonato (PC) è utilizzato principalmente per la sua forza e trasparenza. Non è una termoplastica facile da stampare perché richiede temperature di estrusione più elevate e una piastra di riscaldamento. È particolarmente popolare nell’industria ottica perché è meno denso del vetro e può sopportare temperature che vanno da -150 a 140°C (da -238°F a 284°F). Tipicamente, gli schermi protettivi e le parti ottiche possono essere stampati in 3D con policarbonato. Questo filamento per stampanti 3D sta diventando sempre più comune nella gamma di prodotti offerta dai produttori nel settore.

Termoplastici ad alte prestazioni

Quest’ultima categoria di polimeri è nota per essere più esigente: i termoplastici in essa contenute richiedono elevate temperature di fusione e hanno caratteristiche che si avvicinano a quelle di alcuni metalli. Nella manifattura additiva questi filamenti che richiederanno un’elevata temperatura di estrusione, una piatto riscaldato e una camera chiusa. La gestione termica è fondamentale per questo tipo di materiale.

Alcuni termoplastici richiedono un’eccellente gestione termica (crediti foto: 3DGence)

I semi-cristallini

Il PEEK è probabilmente il più comune tra i filamenti per stampanti 3D in questa categoria. Appartenente alla famiglia del PAEK, richiede una temperatura di estrusione di circa 400°C (752°F), un piatto in grado di raggiungere 230°C (446°F) e una camera calda a 120°C (248°F). Il PEEK è noto per il suo rapporto peso/resistenza e può sopportare elevate temperature. Può essere sterilizzato, cosa che lo rende il materiale preferito per la stampa di impianti personalizzati. Si tratta di un filamento per stampanti 3D  piuttosto costoso e che richiede inoltre una certa padronanza del processo di stampa 3D.

Anche il PPS è un semi-cristallino dalle elevate prestazioni, noto per la sua resistenza chimica e per le sue proprietà meccaniche. È principalmente utilizzato nei settori automotive, petrolio e gas ed elettronico. La sua temperatura di estrusione si aggira intorno ai 300°C (572°F); richiede inoltre una piatto riscaldato e una camera chiusa.

Il PEEK è spesso utilizzato per stampare in 3D impianti personalizzati (crediti foto: FossiLabs)

Filamenti amorfi ad alta temperatura

In questa categoria possiamo innanzitutto menzionare il PEI, un filamento per stampanti 3D ora commercializzato da SABIC sotto il marchio ULTEM. Meno costoso del PEEK, soddisfa gli standard antincendio/fumo, il che lo rende il materiale ideale per il settore aerospaziale. Il PEI è anche resistenti a fluidi, idrocarburi, alcoli e soluzioni acquose in ambito automobilistico. Può essere sterilizzato ed è compatibile al contatto alimentare.

Infine, non possiamo dimenticare la famiglia dei sulfoni, in particolare PPSU e PSU. Questi sono termoplastiche molto interessanti in termini di proprietà termiche e caratteristiche antincendio/fumo. Hanno inoltre un buon isolamento elettrico e buone proprietà dielettriche. Sono materiali popolari nel settore dei trasporti, inclusi quello ferroviario, aerospaziale e automobilistico.

Crediti foto: Pollen AM

Filamenti compositi e flessibili per stampanti 3D

Infine, è importante menzionare filamenti compositi e materiali elastici. I materiali compositi sono materiali formati da una matrice (PLA, nylon, policarbonato, ecc.) e rinforzati da fibre, il più delle volte carbonio. Possono anche essere utilizzati vetro, aramide, ecc. Questo aumenta la forza del filamento ottimizzandone il peso.

Infine, filamenti per stampante 3d flessibili come il TPU fanno parte dell’offerta di materiali FDM. Questi sono materiali noti per la loro resistenza all’usura e agli urti. Sono particolarmente interessanti nella produzione di pinze o solette ortopediche; sono tuttavia sensibili alle alte temperature.

ll TPU è un materiale flessibile (crediti foto: ALSIMA)

*Crediti foto copertina: AGRU

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