I materiali plastici ritardanti di fiamma e ignifughi per l’additive manufacturing

Abbiamo già parlato dei diversi materiali ritardanti di fiamma e ignifughi esistenti sul mercato per la stampa 3D, esistenti oggi sotto varie forme come filamenti, resine o polveri. Questi materiali capaci di ritardare o impedire la propagazione delle fiamme sono utilizzati in numerosi settori dove il rischio incendio è elevato, oppure dove le norme di sicurezza richiedono l’uso di protezioni antinicendio. Esistono oggi numerosi materiali ignifughi e ritardanti di fiamma sul mercato e sempre più materiali vengono sviluppati specificamente per la stampa 3D e l’additive manufacturing. Qui ci concentreremo sulle plastiche. Ma quali sono quindi le caratteristiche di questi materiali e i benefici di utilizzarli in combinazione con la stampa 3D? Quali sono le applicazioni possibili? Vediamolo in questo approfondimento!

Proprietà dei materiali ritardanti di fiamma e ignifughi utilizzati nella stampa 3D

Innanzitutto, è bene fare una distinzione tra materiali ignifughi e ritardanti di fiamma. Infatti, seppur sottile, c’è una differenza. I materiali ignifughi sono progettati per resistere al fuoco in modo permanente. Questa caratteristica è dovuta alle loro proprietà strutturali naturali o al processo di produzione. I ritardanti di fiamma, invece, sono materiali che, attraverso trattamenti chimici specifici, vengono resi capaci di rallentare la propagazione del fuoco. Possono essere autoestinguenti, ma la loro resistenza dipende dal rivestimento chimico applicato. In entrambi i casi, ciò che contraddistingue questi materiali è che, esposti al fuoco, hanno in genere una bassa infiammabilità, emettono fumi e gas tossici in maniera ridotta e hanno una velocità di combustione controllata o minima.

L’ULTEM 9085 è uno dei materiali ad alte prestazioni e ritardanti di fiamma utilizzati nella stampa 3D.

Nell’additive manufacturing vengono usate entrambe le tipologie di materiali, siano essi sotto forma di resine, filamenti o polveri polimeriche. Questi materiali vengono catalogati e certificati come resistenti alle fiamme attraverso dei test specifici. In particolare, le plastiche vengono testate secondo la regolamentazione UL94, uno standard internazionale sviluppato da Underwriters Laboratories (UL) per classificare il comportamento dei materiali plastici esposti a una fiamma. Nel dettaglio, la UL94 prevede il test di un materiale secondo diverse variabili, tra cui Horizontal Burning (HB), che serve per testare se il materiale brucia lentamente in posizione orizzontale e il Vertical Burning, che testa il materiale in posizione verticale. Quest’ultimo può avere tre gradi di certificazione (V-0, V-1, V-2) a seconda del modo in cui i materiali rispondono ai test. La certificazione V-0 è la migliore, ed è quella che molti materiali per la stampa 3D ignifughi o ritardanti di fiamma hanno ottenuto. La caratteristica principale dei materiali con certificazione UL94 V0 è che, esposti alle fiamme, smettono di bruciare entro 10 secondi senza gocciolamento ardente.

Inoltre, facendo una piccola parentesi per i materiali utilizzati specificamente nel settore aeronautico, esiste un’ulteriore certificazione rilasciata dall’American Federal Aviation Administration (FAA). Si tratta della procedura di prova antincendio FAR 25.853, che serve per garantire che i materiali impiegati negli aereomobili rispondano a specifici criteri di prestazione quando esposti a calore o fiamme.

3Deus Dynamics ha sviluppato dei siliconi compositi tramite additive manufacturing per il settore aerospace. Sono in grado di resistere a temperature estreme, fino a 1200°C, impedendo la propagazione delle fiamme per 15 minuti. (Crediti: 3Deus Dynamics)

I materiali ritardanti di fiamma o ignifughi possono essere utilizzati nella stampa 3D tramite una varietà di tecnologie, da quella FDM, alle tecnologie di polimerizzazione in resina, fino alle tecnologie a base di polvere polimerica. Utilizzati in combinazione con la produzione additiva, questi materiali rendono possibili un’ampia gamma di applicazioni. Inoltre, la produzione additiva permette un miglior controllo dei materiali e della loro temperatura, dunque la definizione stessa delle loro proprietà intrinseche può essere modificata e adattata durante il processo di stampa per alcune tecnologie. Pensiamo ad esempio alla possibilità di creare materiali compositi nel processo di additive manufacturing, una tecnica che apre enormi possibilità e applicazioni. A questo va aggiunto il noto vantaggio della stampa 3D che permette di creare parti con geometrie complesse che non sarebbero realizzabili altrimenti. Tutto ciò spinge sempre più l’uso della stampa 3D di questi materiali in diverse industrie.

Applicazioni

Le applicazioni dei materiali ritardanti di fiamma e ignifughi, come già accennato, sono diverse ma si concentrano soprattutto nei settori in cui il rischio di incendio è alto, come l’aerospace, l’Oil&Gas e l’automotive. Materiali ad alte prestazioni, come l’ULTEM 9085 certificato V-0, vengono usati, ad esempio, per la stampa 3D di componenti interni di aerei come pannelli o parti dei sistemi di ventilazione. Questi materiali che garantiscono sia prestazioni elevate sia una barriera contro gli incendi possono essere utilizzati anche nel settore automotive e dei trasporti per realizzare additivamente parti interne dei vagoni di treni o elementi della carrozzerie di un’automobile, ma non solo.

Parti per il settore dell’elettronica stampate in 3D con la resina Cubicure Evolution FR (Crediti: Cubicure).

Altri tipi di materiali, come le resine, un esempio è la Cubicure Evolution FR (UL94 V0), sono utilizzati anche nel settore dell’elettronica per la produzione additiva di piccoli e dettagliati pezzi che servono per impedire la propagazione delle fiamme in caso di corto circuito o incendio. Inoltre, questi materiali hanno applicazione anche in settori dove è necessario garantire standard di sicurezza elevati e rispettare norme antincendio. Pensiamo ad esempio al settore costruzioni, dove è possibile stampare in 3D soffitti, porte o rivestimenti a prova di incendio, o anche al settore medicale dove alcune apparecchiature e dispositivi medici sono realizzati con materali ignifughi per rispondere a standard di sicurezza elevati.

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Crediti foto di copertina: Formlabs