{"id":470,"date":"2023-09-08T10:00:59","date_gmt":"2023-09-08T08:00:59","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/it\/?p=470"},"modified":"2023-09-08T10:02:27","modified_gmt":"2023-09-08T08:02:27","slug":"materiali-stampa-3d-alte-prestazioni-021020219","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/it\/materiali-stampa-3d-alte-prestazioni-021020219\/","title":{"rendered":"Materiali di stampa 3D ad alte prestazioni: PEEK, ULTEM e altri polimeri"},"content":{"rendered":"

Negli ultimi anni, i materiali ad alte prestazioni sono diventati un argomento molto controverso nella comunit\u00e0 della stampa 3D. In un mondo in costante mutamento e adattamento a nuove tecnologie e materiali, era solo una questione di tempo prima che i polimeri termoplastici dalle prestazioni elevate si distinguessero tra gli altri materiali per stampa 3D<\/a>. Il poliarileterchetone (PAEK) \u00e8 una famiglia di materiali termoplastici semicristallini\u00a0 in grado di sopportare temperature elevate mantenendo una resistenza eccezionale. Il PAEK \u00e8 principalmente utilizzato sotto forma di polietere etere chetone (PEEK) e di polietere etere chetone chetone (PEKK), due materiali dall\u2019elevata rigidit\u00e0. Tuttavia, un\u2019alternativa molto pi\u00f9 economica, il polieterimide (PEI), anche noto come ULTEM, ha ottenuto parecchia attenzione perch\u00e9, per via della sua mancanza di chetone, costa molto meno. Trovi qui tutto quello che devi sapere sulle famiglie PAEK e PEI.<\/p>\n

Produzione e caratteristiche dei polimeri ad alte prestazioni<\/h3>\n

La prima cosa da notare sui polimeri ad alte prestazioni \u00e8 che, sebbene condividano caratteristiche comuni, non sono tutti esattamente uguali.\u00a0Detto questo, in generale si pu\u00f2 notare che i materiali termoplastici ad alte prestazioni, e il PEEK<\/a> in particolare, sono resistenti quanto l\u2019acciaio e pi\u00f9 leggeri dell\u201980% rispetto al metallo, il che li rende estremamente desiderabili nel settore della produzione.\u00a0Inoltre, oltre all’eccezionale resistenza meccanica e termica fino a 250 \u00b0C (482 \u00b0F) per il funzionamento continuo, i materiali PAEK sono anche resistenti alla dissoluzione negli oli e in altre sostanze, a differenza della maggior parte delle altre materie plastiche.\u00a0Quando esposti al fuoco, non vengono rilasciati quasi gas o fumi nocivi.<\/p>\n

In verit\u00e0, questi materiali sono in circolazione da oltre trent\u2019anni, soprattutto utilizzati per lo stampaggio a iniezione o per la lavorazione meccanica. In un primo momento Stratasys era l\u2019unica azienda a produrre stampanti in grado di gestire le elevate temperature richieste per fondere i polimeri di PAEK e di PEI. Con l\u2019apertura del mercato, per\u00f2, pi\u00f9 aziende hanno avuto l\u2019opportunit\u00e0 di sperimentare questi materiali, con una conseguente commercializzazione di massa delle loro invenzioni. Con il passare del tempo e con l\u2019indebolimento delle barriere in entrata, vediamo un sempre maggior numero di aziende che fanno il loro ingresso nel settore e iniziano a produrre stampanti in grado di gestire i termoplastici PAEK.<\/p>\n

Il PEI \u00e8 stato sviluppato per la prima volta dal dipartimento plastica di General Electric alla fine degli anni \u201880. Nel 2007, tuttavia, SABIC, una delle principali societ\u00e0 pubbliche dell\u2019Arabia Saudita, ha acquisito il dipartimento e quindi i diritti sul brand ULTEM. Poich\u00e9 questo materiale \u00e8 un\u2019alternativa pi\u00f9 economica al PEEK, ha generato subito un grande interesse da un punto di vista finanziario. Combinato alle sue varie e significative propriet\u00e0 fisiche come la resistenza al calore elevato, ai solventi e alle fiamme, la forza dielettrica e la conduttivit\u00e0 termica, \u00e8 una fantastica soluzione per numerosi progetti di ingegnerizzazione. ULTEM \u00e8 diventato il materiale di prima scelta in fatto di applicazioni ingegneristiche estremamente difficili, solitamente nel settore aerospaziale.<\/a><\/p>\n

\"PEEK<\/a>

Crediti: ApiumTec<\/p><\/div>\n

Stampa 3D con polimeri ad alte prestazioni<\/h3>\n

I polimeri PAEK e PEI sono stampati principalmente con FDM (modellazione a deposizione fusa)<\/a> o con SLS (sinterizzazione laser selettiva)<\/a>. Considerando le temperature elevate cui operano questi polimeri, \u00e8 comprensibile che nessuna stampante 3D ordinaria sia in grado di lavorare questi filamenti. Una stampante 3D per PAEK\/PEI deve avere un ugello estrusore in grado di gestire temperature di oltre 300\u00b0C, punto di fusione di tali polimeri. Inoltre, il piatto riscaldato deve raggiungere almeno 150\u00b0C affinch\u00e9 l\u2019oggetto possa essere staccato. Infine, sono richiesti importanti meccanismi di raffreddamento per garantire il corretto equilibrio termico nella camera chiusa.<\/p>\n

Il post-processing<\/a> di materiali ad elevate prestazioni \u00e8 una procedura necessaria. Come nel caso di qualsiasi parte complessa stampata con FDM, \u00e8 necessario un supporto. Quando si tratta di PAEK e PEI, tuttavia, per via della rigidit\u00e0 dell\u2019oggetto finale, staccare il supporto pu\u00f2 essere complicato. Di conseguenza, viene spesso utilizzata una serie di strumenti per finalizzare la post-produzione di un pezzo.<\/p>\n

\"Materiali<\/a>

Crediti: ApiumTec<\/p><\/div>\n

D\u2019altro canto, per\u00f2, quando si parla di SLS il pezzo \u00e8 stampato praticamente alla perfezione, senza la necessit\u00e0 di lavorazioni meccaniche extra. Ci\u00f2 nonostante, i produttori devono tenere in considerazione il fenomeno della deformazione (warping<\/em><\/a>). Dopo aver completato la stampa di un oggetto e dopo che la temperatura all\u2019interno della camera \u00e8 scesa, i polimeri tendono a ritirarsi. Di conseguenza, PAEK e PEI sono molto utilizzati per la stampa di piccoli oggetti, dato che pi\u00f9 la parte \u00e8 grande e maggiore sar\u00e0 l\u2019effetto di deformazione (warping<\/em>). Sebbene ci\u00f2 possa essere controllato in una certa misura ottimizzando i parametri di stampa come la velocit\u00e0 e la temperatura.<\/p>\n

L\u2019uso di termoplastici ad alte prestazioni richiede \u00e8 ancora in fase di perfezionamento. Si sta ancora lavorando sul processo di produzione che viene costantemente migliorato. Ad esempio, come menzionato in precedenza, una volta stampato un oggetto in PAEK \u00e8 ancora necessaria un\u2019ulteriore lavorazione spesso complessa. Tuttavia, nuove innovazioni stanno migliorando costantemente il processo. Diverse aziende stanno attualmente lavorando su una soluzione FDM in cui il supporto dell\u2019oggetto sia stampato in un materiale diverso in modo che possa essere eliminato in maniera pi\u00f9 semplice e rapido una volta completata la stampa. Altre aziende, inoltre, come ad esempio Kimya, hanno iniziato a concentrarsi sulle combinazioni di materiali che permettano di sfruttare il meglio di ogni materiale. In questo modo, il prodotto finale pu\u00f2 essere ad esempio realizzato al 70% in PEEK e al 30% in fibra di carbonio.<\/p>\n

Applicazioni<\/h3>\n

Come si pu\u00f2 immaginare, una famiglia di materiali con un numero cos\u00ec elevato di caratteristiche e qualit\u00e0 \u00e8 utilizzata in una variet\u00e0 di settori. Il settore automotive ha ben presto iniziato a sfruttare le capacit\u00e0 uniche di PAEK e PEI per tutta una serie di applicazioni. Una delle aree in cui PAEK e PEI sono stati pi\u00f9 sovversivi \u00e8 quella della produzione di strumenti rapidi a basso costo per stampaggio a iniezione, termoformatura, dispositivi di bloccaggio e accessori. Questo permette alle aziende di produrre un volume da piccolo a medio di pezzi a basso costo senza dover investire nella produzione su larga scala. Inoltre, la produzione di pezzi customizzati \u00e8 sempre pi\u00f9 richiesta in quanto possono essere modificati per adeguarsi a certi requisiti e possono sostenere cambiamenti complessi per migliorare la loro struttura.<\/p>\n

Come nel caso di molti altri materiali di stampa 3D, le famiglie PAEK e PEI sono ampiamente utilizzate in campo medicale. PEEK \u00e8 famoso per essere utilizzato per la schermatura degli apparecchi per la risonanza magnetica (MRI). \u00c8 anche considerato un materiale biologico avanzato impiegato per impianti medici e in barre di rinforzo e dispositivi di fusione spinale. Il fatto che sia in grado di resistere all\u2019acqua bollente e al vapore surriscaldato lo rende perfetto per oggetti che devono essere sterilizzati a temperature estremamente elevate.<\/p>\n

\"Materiali<\/a>

Crediti: ApiumTec<\/p><\/div>\n

I termoplastici ad alte prestazioni sono anche ampiamente utilizzate nel settore aerospaziale. Resistenza chimica, elevato rapporto peso-resistenza, e basso rischio di incendio, fumo e tossicit\u00e0 rende tali polimeri i sostituti ideali dei metalli, spesso utilizzati per parti di velivoli e pezzi di macchinari. Isolamento termo acustico, staffe strutturali, morsetti e distanziatori, dispositivi di fissaggio, connettori e tubi sono solo alcuni esempi di elementi per cui il settore dell\u2019ingegneria aerospaziale ha iniziato a utilizzare PAEK e PEI, spesso riducendo il peso dei pezzi del 70%. Altri settori che utilizzano i materiali ad alte prestazioni sono: marittimo, nucleare, del petrolio e del gas e molti altri.<\/p>\n

Principali produttori e prezzo di materiali ad alte prestazioni<\/h3>\n

Molte delle grandi aziende chimiche si sono subito rese conto della rilevanza nel campo della manifattura additiva dei termoplastici ad alte prestazioni. Di conseguenza, aziende di spicco come Arkema, Lehmann & Voss e Solvay (per menzionarne alcune) sono tra le principali produttrici di materiali PAEK. Per quanto riguarda il PEI, invece, il marchio ULTEM di SABIC \u00e8 l\u2019unico per ora disponibile sul mercato.<\/p>\n

In termini di stampanti in grado di supportare PAEK e PEI, il produttore cinese INTAMSYS, ha ricevuto moltissima attenzione in quanto offre una gamma di stampanti 3D professionali e da tavolo. Nondimeno, l\u2019olandese Tractus3D sta diventando sempre pi\u00f9 popolare, cos\u00ec come il gigante tedesco EOS, che ha messo sul mercato la stampante HTLS (High temperature laser sintering) in grado di trattare questi materiali.<\/p>\n

\"PEEK<\/a>

Crediti: ApiumTec<\/p><\/div>\n

<\/div>\n

Detto questo, come ci si pu\u00f2 aspettare, questi polimeri ad alte prestazioni non sono economici. PEEK, UTLEM e PEKK sono alcuni dei materiali per la stampa 3D pi\u00f9 costosi disponibili sul mercato. Sebbene l’ULTEM<\/a> sia un’alternativa leggermente pi\u00f9 economica, una bobina da 1 kg di filamento parte da oltre 200 dollari e spesso costa molto di pi\u00f9 a seconda della marca e delle propriet\u00e0 del materiale. Il PEEK, invece, costa spesso pi\u00f9 di 300 dollari e fino a oltre 700 dollari per 1 kg di materiale, mentre il PEKK costa in media tra i 400 e i 500 dollari per la stessa quantit\u00e0.<\/p>\n

Non solo, ma se siete interessati al filamento, dovete anche tenere presente che la stampa non pu\u00f2 essere effettuata da qualsiasi stampante. \u00c8 necessario investire in una stampante progettata per polimeri ad alte prestazioni, come gi\u00e0 detto. Queste stampanti sono comprensibilmente pi\u00f9 costose di un modello FDM standard. In effetti, alcune partono da oltre 5.000 euro, ma in genere sono molto pi\u00f9 costose. Tuttavia, nel corso degli anni abbiamo visto che con la crescita del mercato aumentano anche le scelte a disposizione dei consumatori. Forse nel prossimo futuro assisteremo a un calo dei prezzi sia delle stampanti che dei materiali, man mano che le applicazioni con polimeri ad alte prestazioni si diffonderanno nella produzione additiva<\/a>.<\/p>\n

Cosa pensi dell\u2019uso di polimeri termoplastici ad alte prestazioni nella stampa 3D? Quali altri settori saranno coinvolti in un prossimo futuro? Condividi la tua opinione sui nostri social Facebook<\/a>\u00a0e LinkedIn<\/a>. Trovi tutti i nostri video sul nostro canale YouTube<\/a>! Non dimenticare di iscriverti alla nostra Newsletter<\/a> settimanale per ricevere tutte le notizie sulla stampa 3D direttamente nella casella di posta!<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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