In sintesi: la stampa 3D di polimeri resistenti e durevoli è fondamentale per i componenti destinati a condizioni industriali reali. La scelta del materiale giusto non consiste nel trovare l’unica opzione “più resistente”, bensì nell’adattare i polimeri alle esigenze specifiche dell’applicazione. Dalla resistenza alla trazione e agli urti alla resistenza termica e chimica, ogni fattore influisce sulle prestazioni. Scegliendo i materiali in base ai requisiti del caso d’uso, sia i prototipi funzionali che le parti per uso finale possono garantire affidabilità e durata nel tempo.
Quando devi stampare parti in grado di resistere a condizioni industriali estreme, ti conviene utilizzare materiali resistenti per la stampa 3D. Ma non è sempre chiaro quale sia la scelta migliore.
Sarebbe bello se esistesse un unico parametro universale che descrivesse la resistenza o la durata dei materiali, in modo da poter semplicemente scegliere il materiale di stampa 3D "più resistente" per la propria applicazione. Tuttavia, la realtà è molto più complessa:
Il grafico sopra mostra solo un campione dei materiali offerti da Stratasys, che è un sottoinsieme di tutti i materiali di stampa 3D polimerici, che a sua volta è ovviamente un sottoinsieme dei materiali in generale.
Inoltre, questo grafico mostra solo la resistenza alla trazione, la resistenza agli urti e la temperatura di deflessione del calore di questi materiali. Esistono diversi altri modi per misurare la resistenza e la robustezza dei materiali.
Scegliere il polimero giusto per la prototipazione funzionale o la produzione richiede molto più che un semplice confronto tra resistenza alla trazione o resistenza termica. Applicazioni diverse richiedono priorità meccaniche diverse, ed è fondamentale sapere come interpretare questi valori.
Nelle sezioni seguenti definiremo i parametri di prestazione fondamentali, come resistenza, rigidità e robustezza, e confronteremo come variano tra le diverse tecnologie di stampa 3D. Questo vi aiuterà a valutare i compromessi e a identificare la soluzione più adatta alla vostra applicazione.
Resistenza, rigidità e robustezza sono tutte caratteristiche importanti di un materiale durevole. Ma cosa significano effettivamente questi termini? Come si fa a stabilire a quale dare la priorità quando si sceglie un materiale di stampa 3D durevole?
Quando avete bisogno di parti resistenti, scegliete un materiale di stampa 3D in base alle proprietà sopra indicate per garantire l'affidabilità e la durata delle vostre parti prodotte. Oltre alle specifiche dei materiali, anche la tecnologia di stampa 3D sottostante dovrebbe avere un peso significativo nella vostra decisione.
Diamo quindi un'occhiata ai materiali di stampa 3D resistenti in ciascuna delle seguenti categorie:
Quando si pensa a “materiali resistenti per la stampa 3D”, i filamenti FDM sono probabilmente i primi a venire in mente, il che ha senso. La modellazione a deposizione fusa è nota per alcuni dei filamenti per la stampa 3D più resistenti in circolazione.
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Materiale |
Resistenza agli urti con intaglio (J/m) |
Allungamento a rottura (%) |
Resistenza alla trazione a rottura (MPa) |
Resistenza alla flessione a rottura (MPa) |
Temperatura di deformazione termica (HDT) a 264 psi (°C) |
|
PC-ABS |
241 |
4,7 |
34,7 |
(senza rottura) |
112 |
|
ABS-M30i™ |
139 |
4 |
36 |
61 |
82 |
|
Nylon 12 |
138 |
30 |
33,4 |
(senza interruzioni) |
75,3 |
|
Nylon 12CF |
106 |
2,4 |
83,5 |
153 |
154 |
|
ABS-M30™ |
101 |
8,1 |
28,1 |
(senza rottura) |
99,9 |
|
ULTEM™ 9085 |
88,5 |
5,4 |
68,1 |
104 |
172,6 |
Potreste notare che qui ci sono evidenti compromessi. Se desiderate il filamento più resistente in caso di cadute o usura generale, potreste scegliere il PC-ABS. Se avete bisogno di una certa duttilità, il Nylon 12 sembra la scelta migliore. Se richiedete resistenza e alta temperatura, l'ULTEM™ è probabilmente la scelta migliore.
Una società di ingegneria ha utilizzato il Nylon 12CF, un materiale in fibra di carbonio, per diventare un'azienda manifatturiera che produce un supporto leggero e ad alta resistenza per antenne satellitari marittime. L'elevata resistenza alla trazione e la rigidità del materiale, unite all'ampia camera di stampa della stampante F900, lo hanno reso la scelta ideale per questa applicazione. Il supporto per antenna stampato in 3D ha ridotto i costi di produzione del 20%, i tempi di produzione del 75% e il peso del componente del 38%.
Un altro aspetto da tenere presente quando si parla di FDM: generalmente non è isotropico. È più resistente all'interno di ogni singolo strato che tra gli strati stampati. Per questo motivo, di solito si trovano due specifiche separate, una per la resistenza XZ e una per la resistenza ZX. (Le specifiche riportate sopra si riferiscono alla direzione XZ. È possibile trovare le schede tecniche con le specifiche complete qui).
La tecnologia FDM è un classico esempio di approccio min-max. Se avete bisogno di stampare qualcosa di resistente e/o di grandi dimensioni, spesso è la soluzione migliore. Inoltre, le macchine FDM sono in genere tra le più facili da integrare e da imparare a utilizzare.
Se l'aspetto è fondamentale, la tecnologia FDM potrebbe non essere la soluzione migliore, poiché tende a lasciare scanalature visibili sul pezzo stampato. L'FDM non è inoltre adatto alla stampa di pezzi con diversi colori, materiali colorati o caratteristiche delicate ad alta risoluzione.
La tecnologia PolyJet, storicamente, è stata vista come l'esatto opposto della tecnologia FDM. Se la tecnologia FDM è ottimizzata per la resistenza, la tecnologia PolyJet è preferita per la sua estetica.
PolyJet è in grado di stampare più colori e materiali in un'unica stampa. Vanta un'alta risoluzione (spessore degli strati fino a 14 μm).
Quando si tratta di robustezza, tuttavia, PolyJet non è solitamente la prima scelta. Tuttavia, la situazione è leggermente cambiata con il recente lancio del materiale ToughONE. ToughONE offre una combinazione unica di robustezza, tenacità e finitura delle superfici di alta qualità. Può essere utilizzato con colori e materiali multipli per la prototipazione funzionale e persino per la produzione di parti finali.
|
Materiale |
Resistenza agli urti con intaglio (J/m) |
Allungamento a rottura (%) |
Resistenza alla trazione (MPa) |
Resistenza alla flessione (MPa) |
HDT a 264 psi (°C) |
|
Vero® |
20-30 |
10-25 |
50-65 |
75-110 |
45-50 |
|
ToughONE™ |
90 |
47-58 |
48-53 |
77-87 |
59-62 |
|
ToughONE rinforzato |
90 |
22-36 |
61-63 |
85-87 |
75-77 |
|
ABS digitale |
90-110 |
25-40 |
55-60 |
65-75 |
51-55 |
|
RGD525™ |
14-16 |
10-15 |
70-80 |
110-130 |
55-57 |
PolyJet è ideale per applicazioni in cui sono fondamentali alta precisione, dettagli raffinati e una finitura delle superfici liscia. È particolarmente adatta per:
La fusione a Assorbimento Selettivo (SAF) è un tipo di fusione a Letto di Polvere (PBF) che vanta anche alcuni materiali resistenti:
|
Materiale |
Resistenza agli urti con intaglio (kJ/m2) |
Allungamento a rottura (%) |
Resistenza alla trazione (MPa) |
Resistenza alla flessione (MPa) |
Temperatura di deformazione termica (HDT) a 264 psi (°C) |
|
Nylon PA12 |
4,17 |
11 |
47 |
54 |
77 |
|
PA11 ad alto rendimento |
7,4 |
30 |
51 |
51 |
47 |
|
Polipropilene |
3,5 |
22 |
26 |
28 |
56 |
Anche in questo caso esiste una chiara distinzione tra materiali 3D molto rigidi (elevata resistenza alla flessione) e resistenti agli urti (elevata resistenza agli urti). Anche in questo caso la resistenza alla temperatura è un fattore importante.
Un'agenzia di servizi di produzione ha utilizzato la tecnologia SAF per produrre componenti per l'industria aerospaziale, tra cui dime, attrezzature fisse, utensili e parti di produzione. 3D Composites ha preferito il nylon PA12 per la sua rigidità, la risoluzione dei dettagli e la resistenza. La tecnologia SAF ha consentito una produzione ad alto volume con una qualità costante, riducendo il costo per pezzo e il tempo di lavorazione, il che ha permesso all'azienda di rispettare le scadenze di produzione serrate.
La tecnologia SAF è nota per la sua elevata ripetibilità e il basso costo per pezzo. È possibile stampare centinaia di pezzi in un unico ciclo di stampa di 12 ore, consentendo volumi di produzione annuali nell'ordine delle decine di migliaia che, insieme alle eccellenti specifiche di resistenza, la rendono particolarmente adatta alla produzione di volumi medio-alti.
La tecnologia SAF non è consigliata per applicazioni che richiedono una finitura molto liscia. In questi casi, potrebbe essere preferibile scegliere una soluzione PolyJet, SLA o P3™ DLP.
Le stampanti P3™ DLP sono note per la loro rara combinazione di eccellente resistenza e prestazioni dei materiali, insieme a una finitura delle superfici e una precisione eccezionali. Ciò le rende perfette per gli ausili di produzione e altre lavorazioni a basso volume, dove i pezzi devono essere abbastanza resistenti da sopportare l'uso quotidiano, richiedendo al contempo un alto livello di finitura delle superfici e precisione.
|
Materiale |
Resistenza agli urti (J/m) |
Allungamento a rottura (%) |
Resistenza alla trazione (MPa) |
HDT a 66 psi (°C) |
|
LOCTITE® 3D 3172 |
73 |
105 |
39 |
51 |
|
LOCTITE 3D 3843™ |
53 |
43 |
51 |
63 |
|
LOCTITE 3D IND405™ |
51 |
101 |
45 |
53 |
|
DURA5™6 |
55 |
78 |
42 |
52 |
Possiamo saltare la sezione "quando utilizzarlo", poiché funziona bene in così tanti casi che è in realtà più semplice dire semplicemente quando non utilizzarlo. Ci sono essenzialmente solo due aree in cui il P3™ DLP non offre prestazioni ottimali:
Una volta che avete un'idea chiara di quale tecnologia di stampa 3D si adatti meglio alle vostre esigenze, dovete ancora selezionare il materiale giusto per la produzione additiva. Dovreste considerare le varie proprietà del materiale:
Se siete curiosi di conoscere le possibili specifiche dei materiali per il vostro prossimo progetto, posso darvi due semplici consigli:
