Nel mondo delle stampanti 3D FDM/FFF esiste una miriade di materiali utilizzabili, ciascun materiale presenta caratteristiche e proprietà uniche che ne determinano l’impiego per un uso specifico.
I materiali impiegati sono comunque riconducibili al mondo delle plastiche perciò andiamo a capire a quale categoria appartengono.
Generalmente le plastiche si possono dividere in termoplastiche ed in termoindurenti:
TERMOPLASTICHE: la caratteristica principale è la loro capacità di fondersi se scaldate e solidificarsi se raffreddate; questa caratteristica permette di modellare la plastica secondo la forma desiderata. Il processo è reversibile e ripetibile, questa tipologia di plastica è quella più utilizzata.
- TERMOINDURENTI: allo stato iniziale sono inutilizzabili è solo dopo il processo di polimerizzazione (possibile grazie al calore o ad una fonte di luce o radiazione) che assumono lo stato solido irreversibile in quanto la polimerizzazione determina la formazione di legami chimici. Questa tipologia di plastica se riscaldata non torna allo stato iniziale, ma si degrada progressivamente decomponendosi.
Da questa semplice e molto sintetica differenziazione si può capire come le termoplastiche siano quelle impiegate per le stampanti FDM/FFF, mentre le plastiche termoindurenti per le stampanti a resina.
I materiali per la stampanti FDM/FFF più comuni sono il PLA (acido poliattico), il PETG (polietilene tereftalato glicole) e l’ABS (acrilonitrile-butadiene-stirene), ma andiamo ad analizzare le caratteristiche ed i possibili impieghi di questi ed altri materiali.
PLA
Il PLA (acido poliattico) è un poliestere di natura vegetale, infatti lo si ricava a partire:
- dal mais;
- dalla canna da zucchero;
- dalle barbabietole
Questa tipologia di materiale è stata una delle prime bioplastiche ad essere commercializzata.
Presenta un’elevata capacità di assorbire umidità e questo ne determina una buona biodegrabilità.
Attenzione con il termine biodegradabile non significa che le vostre stampe spariranno nel nulla come se niente fosse, affinché possa avvenire il processo di decomposizione è necessario che ci siano delle determinate condizioni:
- una temperatura superiore ad 80°C;
- un elevato tasso di umidità.
Il PLA è uno dei materiali più utilizzati in quanto è molto facile da stampare, è economico ed adatto anche a chi si approccia per la prima volta al mondo della stampa 3D.
Per la stampa non è necessario un piano riscaldato ed il suo punto di fusione e piuttosto basso, circa 175°C, per questo motivo non resiste ad alte temperature, intorno ai 60°C inizia a rammollire e deformarsi.
Se esposto ai raggi UV si degrada e le proprietà meccaniche calano.
Per queste ragioni il PLA non è adatto per stampe tecniche per l’esterno, d’altro canto risulta ottimo per stampare sia oggetti piccoli che grandi.
Solitamente è impiegato per la stampa di statuette/figure, modelli dettagliati e prototipi che non richiedono una elevata resistenza termica, chimica o meccanica (l’adesione tra gli strati è più debole se confrontata a quella di altri materiali).
La post-lavorazione non è delle più semplici, se si vogliono ottenere delle superfici lisce dopo la stampa sarà necessario carteggiarle ad umido (in modo da raffreddare la zona carteggiata) o ricorrere alla levigatura chimica con l’impiego di solventi dannosi per la salute.
Temperatura ugello consigliata: ~210/215 °C
Temperatura piano consigliata: ~60 °C
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Prezzo basso
Fragile e rigidoPETG
Il PETG (polietilene tereftalato con aggiunta di glicole, la G sta per questo) è un materiale plastico molto diffuso per le stampanti 3D in quanto presenta un costo non elevato ed una buona stampabilità.
Grazie alla sua composizione garantisce una buona tenacità e flessibilità, è in grado di resistere a temperature più elevate rispetto al PLA (circa 80°C) e ha una dilatazione termica molto ridotta legata ad un’ottima resistenza all’umidità.
Per le caratteristiche appena elencate il PETG è ottimo per la realizzazione di parti meccaniche, supporti, parti impermeabili, componenti da utilizzare all’esterno e si presta alla stampa di oggetti di grandi dimensioni.
Al contrario del PLA il PETG non è adatto per la stampa di oggetti piccoli e troppo dettagliati, inoltre richiede un piano riscaldato.
La postproduzione del PETG è relativamente semplice, può essere carteggiato sia a secco che ad umido, ma se è necessario stampare con supporti, quest’ultimi risultano difficoltosi da rimuovere.
Temperatura ugello consigliata: ~230/240 °C
Temperatura piano consigliata: ~85/90 °C
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ABS
l’ABS (acrilonitrile-butadiene-stirene) è un materiale tenace e resistente alle alte temperature, per questo viene utilizzato per la stampa di parti tecniche che richiedono buona resistenza termica e meccanica.
Può essere utilizzato anche all’esterno in quanto ha una buona resistenza ai raggi UV, però le parti stampate se esposte a lungo ai raggi ingialliscono e diventano più fragili.
L’ABS durante la stampa emette fumi e sostanze che possono rappresentare un rischio per la salute, inoltre presenta un fattore di restringimento del 1-2% .
Il piano di stampa deve essere riscaldato a circa 100°C e l’ambiente circostante deve avere una temperatura superiore a quella ambiente, infatti si consiglia di utilizzare una enclosure.
La stampa dell’ABS al contrario della stampa del PLA o del PETG richiede alcuni accorgimenti e risulta essere un po’ più laboriosa.
La post-lavorazione è piuttosto semplice, infatti le stampe possono essere carteggiate sia a secco sia ad umido, inoltre le superfici possono essere lisciate chimicamente utilizzando vapori di acetone.
Temperatura ugello consigliata: ~255 °C
Temperatura piano consigliata: ~100 °C
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ASA
l’ASA (acrilico-stirene-acrilonitrile) è un materiale adatto per la realizzazione di parti tecniche ed inoltre grazie alla sua elevata resistenza ai raggi ultravioletti ed alle alte temperature è indicato anche per oggetti da utilizzare all’esterno.
Questo materiale è un’evoluzione dell’ABS, rispetto a quest’ultimo presenta una minore deformabilità, è più resistente.
L’ASA come l’ABS è solubile in acetone, utile per la post-produzione (incollaggio e finitura liscia delle superfici).
Durante la stampa genera fumi dannosi per la salute quindi è bene ventilare l’area in cui si trova la stampante.
La stampa dell’ASA richiede l’impiego di temperature superiori rispetto a quelle richieste da altri materiali, inoltre la differenza di temperatura tra la zona di stampa e l’ambiente circostante può determinare delle deformazioni del modello, per questa ragione sarebbe meglio utilizzare una enclosure.
Le stampe, possono essere levigate chimicamente tramite l’acetone (a fronte di una superficie liscia si possono perdere alcuni dettagli della stampa), inoltre è possibile anche la carteggiatura a secco o ad umido.
Temperatura ugello consigliata: ~260 °C
Temperatura piano consigliata: ~105/110 °C
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MATERIALI FLESSIBILI
I materiali flessibili generalmente sono in TPE (elastomero termoplastico) e in TPU (poliuretano termoplastico) e si possono differenziare in base alla loro durezza (shore).
Sono decisamente più costosi rispetto alle tipologie presentate in precedenza, inoltre sono poco comuni e sono rivolti ad utenti con una certa esperienza in quanto richiedono accorgimenti e conoscenze per il settaggio della stampante.
Un filamento elastico più è flessibile/morbido più è complicato da stampare.
Questa tipologia di materiali presenta un’elevata flessibilità, tenacità, una buona resistenza chimica e meccanica, i componenti stampati risulteranno resistenti all’usura, flessibili con una buona resistenza alla trazione.
I diversi strati tra di loro presentano un’ottima adesione ed è proprio questa che garantisce una buona resistenza meccanica
Temperatura ugello consigliata: ~230/245 °C
Temperatura piano consigliata: ~60/75 °C
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POLICARBONATO PC
Il policarbonato è un materiale tenace che presenta una buona resistenza alla trazione ed al calore, per queste sue caratteristiche è impiegato in diversi settori.
Il policarbonato “puro” non è adatto alla stampa 3D a causa della sua dilatazione termica e per la sua bassa adesione.
Per questi motivi normalmente viene additivato con altre sostanze così da garantire una migliore stampabilità.
Il policarbonato risulta essere un materiale costoso e rivolto ad utenti esperti.
Per la stampa è consigliato l’utilizzo di una enclosure così da limitare le deformazioni e mantenere una temperatura costante.
Detto questo è indicato per la realizzazione di componenti che richiedono un’elevata resistenza termica e meccanica, ma con dimensioni non elevate altrimenti si potrebbero avere problemi legati alle deformazioni durante le fasi di stampa.
Temperatura ugello consigliata: ~275 °C
Temperatura piano consigliata: ~110/115 °C
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NYLON
Il nylon o poliammide è un materiale adatto per la creazioni di componenti tecnici con fini funzionali.
I pezzi stampati presentano un’elevata resistenza termica e meccanica grazie all’ottima adesione dei diversi strati.
Questa tipologia di materiale è rivolta ad utenti esperti in quanto il suo utilizzo è piuttosto complicato.
Inoltre essendo un materiale igroscopico deve essere conservato in modo ottimale in modo che non assorba umidità così da poter garantire le sue proprietà e rendere possibile la stampa.
Lo svantaggio principale del nylon è la sua alta deformabilità in fase di stampa, per evitare questo è meglio utilizzare una enclosure.
Temperatura ugello consigliata: ~250 °C
Temperatura piano consigliata: ~90 °C
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MATERIALI COMPOSITI (LEGNO E METALLO)
I materiali compositi, di questa categoria, generalmente sono costituiti da una base termoplastica, nella maggior parte dei casi PLA e da un’aggiunta di fibre di legno o particelle metalliche a seconda dell’effetto finale che si vuole ottenere.
Questa tipologia di filamento presenta una resistenza meccanica molto inferiore rispetto al filamento base in quanto l’adesione tra gli strati è piuttosto bassa se confrontata con quella di altri materiali.
Infatti lo scopo principale di questi materiali è quello di ottenere un effetto visivo simile al legno o al metallo.
I materiali compositi risultano molto abrasivi per questo motivo è consigliato utilizzare ugelli in acciaio temprato ed inoltre per evitare possibili intasamenti è meglio adottare ugelli con un diametro di almeno 0,6mm.
Temperatura ugello consigliata: ~190/220 °C
Temperatura piano consigliata: ~60 °C
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MATERIALI COMPOSITI (CARBONIO/KEVLAR/VETRO)
I filamenti compositi con aggiunta di carbonio, Kevlar o vetro, presentano una base di PLA, PETG, ABS e PC, al contrario dei filamenti con aggiunta di legno o metallo, questa tipologia presenta proprietà meccaniche migliori rispetto ai filamenti di partenza.
Grazie alle fibre dei materiali aggiunti il filamento risulta essere meno soggetto alle deformazioni ed inoltre è caratterizzato da una stabilità dimensionale maggiore.
Anche in questo caso i filamenti sono molto abrasivi e possono causare l’intasamento dell’ugello, perciò è meglio utilizzare un ugello in acciaio temprato.
Con questi materiali si possono creare prototipi funzionali e componenti per il mondo del modellismo dinamico (droni, aeremodelli ed automodelli).
Temperatura ugello consigliata: ~240/275 °C
Temperatura piano consigliata: ~75/110 °C
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Tabella riassuntiva
MATERIALI | CARATTERISTICHE | APPLICAZIONI |
PLA | – Semplicità di utilizzo – Rigido e robusto – Fragile – Igroscopico | – Modelli concettuali – Modelli estetici |
PETG | – Buone proprietà meccaniche | – Prototipi funzionali – Applicazioni impermeabili |
ABS | – Resistente e durevole – Consigliato l’uso di enclosure | – Prototipi funzionali |
ASA | – Resistente e durevole – Consigliato l’uso di enclosure | – Prototipi funzionali |
FLEX | – Flessibile ed elastico | – Prototipi flessibili |
PC | – Resistente e durevole – Consigliato l’uso di enclosure | – Prototipi funzionali |
NYLON | – Robusto, durevole e leggero – Igroscopico | – Prototipi funzionali |
COMPOSTI (LEGNO/METALLO) | – Basse proprietà meccaniche – Aspetto piacevole | – Modelli concettuali – Modelli estetici – Modelli concettuali – Modelli estetici |
COMPOSTI (CARBONIO/KEVLAR/VETRO) | – Rigidi, robusti o estremamente resistenti – Necessario utilizzare ugello in acciaio temprato | – Prototipi funzionali |
