Materiali e Finiture per la Stampa 3D

Materiali stampa 3d

Negli ultimi anni i progressi raggiunti dalle smart technologies hanno ridisegnato il volto del fare business contemporaneo. I limiti progettuali dei tradizionali metodi produttivi sono ormai superati e la nuova Industria 4.0 si affaccia su un mercato globale che opera secondo stringenti criteri di digitalizzazione delle imprese.

Ecco allora che un’effettiva competitività passa non solo attraverso l’acquisto di soluzioni innovative, ma anche attraverso un’adeguata familiarità, una comprovata competenza e il costante aggiornamento delle ultime tendenze tecnologiche. Obiettivo? Un’offerta di servizi in linea con i trend più strategici.

Tutto ciò risulta particolarmente tangibile quando si parla di stampa 3D. Cardine della nuova digital economy, questa tecnologia si è dimostrata capace di evolvere e perfezionarsi attraverso una sempre maggiore riduzione dei tempi, un considerevole abbattimento dei costi ed un’elevata personalizzazione.

La diffusione e l’adozione dell’additive manufacturing all’interno dei propri stabilimenti o come scelta risolutiva per un’efficace business continuity va di pari passo non solo con i diversi metodi di prototipazione rapida, ma anche e soprattutto con la nascita di nuovi materiali, ora programmabili a seconda di proprietà e finalità, e di altrettante finiture di pregio per il prodotto finale. Un’operatività su più livelli che oggi rappresenta la soluzione più vantaggiosa nei più svariati settori applicativi: Arredamento, Automotive, Automazione, Moda e molti altri.

I materiali per la stampa 3D di Sinthesi Engineering

Saper trattare i materiali ottimizzandone performance e durabilità è una sfida quotidiana. Ogni materiale gode di specifiche proprietà che lo rendono perfetto per alcune applicazioni e inadatto per altre. Non solo, la metodologia di stampa può esaltarne o inficiarne la prestazione. Poter contare su 4 diverse tecniche si stampa 3D ci consente di bypassare con successo eventuali criticità e rapportarci con i più svariati materiali.

Poliammidi

Tra i nuovi materiali stampabili che già oggi trovano una loro applicabilità attraverso additive manufacturing, il più utilizzato è sicuramente il Nylon 12 (PA12). Si tratta di un poliammide che gode di proprietà meccaniche altamente prestazionali e tolleranze significative. Tale materiale consente infatti di produrre oggetti resistenti, flessibili e duraturi. Il peso specifico relativamente basso e l’alta resistenza ad urti e usura, (ma anche a solventi, oli, grassi, carburanti) rendono il nylon ideale per la realizzazione di prototipi da sottoporre ai diversi stress di performance durante i test valutativi pre-mercato.

A causa dell’elevato tasso di assorbimento di umidità, la sua lavorazione richiede temperature particolarmente elevate (anche sopra i 250 gradi). La tipologia di stampa 3D impiegata è quella Multi Jet Fusion, MJF, una stampa multi-agente basata su un processo denominato “Thermal Inkjet” che agisce per superficie e non in maniera puntiforme. Tutto ciò consente di ottenere prototipi tridimensionali dalla superficie eccezionalmente liscia (grazie a strati ultrasottili di 80 micron) che non solo richiedono una finitura di post-produzione minima, ma che sono anche stampabili 10 volte più velocemente rispetto alle tecnologie presenti sul mercato.

Il nylon inoltre si propone come soluzione risolutiva anche grazie alla possibilità di essere caricato con altri materiali. Qualora le prestazioni standard necessitino di un’ottimizzazione funzionale, è possibile creare nuove composizionI a base di specifici additivi, tra cui il vetro (PA-12GF, glass filled). Nascono così soluzioni estremamente innovativa capaci di offrire ulteriori vantaggi e applicazioni.

Resine

Ciò che rende le resine dei materiali estremamente versatili per la stampa 3D è la possibilità di ottenere prototipi con finiture superficiali eccellenti, anche per oggetti molto piccoli, ideali per i test di mercato. Le applicazioni pertanto sono numerose e variabili, e ottimali soprattutto in quei settori in cui è imperativo un elevato realismo estetico (ad esempio quello medicale). Le resine infatti consentono di riprodurre oggetti dotati di sfumature, textures e consistenze complesse, rese possibili attraverso Stereolitografia, un processo rapido di laminazione a freddo di resine liquide fotosensibili. Queste resine infatti vengono solidificate all’istante in strati sottili tramite l’utilizzo di un raggio laser UV.

Materiali trasparenti, ceramica, materiali per le alte temperature o anche simil-gomma sono alcune delle soluzioni ottenibili con questo procedimento, che ha come punto di forza la simulazione di una gran varietà di caratteristiche fisiche a partire da solida stabilità dimensionale.

Materiali Termoplastici

Tra i materiali termoplastici più comunemente usati per la stampa 3D troviamo il PLA (acido polilattico) e l’ABS (acrilonitrile-butadiene-stirene)

Il PLA è un materiale piuttosto economico, largamente impiegato nel settore perché, non necessitando di una temperatura particolarmente elevata di fusione, comporta un consumo di energia minore ed è pertanto compatibile con le stampanti 3D più economiche, cioè prive di un piano riscaldato. Derivato di origine vegetale, è tendenzialmente biodegradabile e di fatto in appoggio con le nuove normative in ambito di sostenibilità ambientale. Questa caratteristica tuttavia lo rende soggetto ad un deterioramento più evidente (assorbimento umidità, sensibilità raggi UV) e inadatto per oggetti con importanti dettagli superficiali. Il PLA rimane comunque un materiale meccanicamente resistente, con una consistenza rigida e non soggetto ad eccessiva deformazione.

L’ABS invece è impiegato per ottenere parti durevoli, che debbano resistere a temperature relativamente elevate. Tale materiale infatti risulta meno fragile e meno sensibile alla variazione dei parametri di stampa rispetto al PLA. L’ABS dura di più ma si ritira raffreddandosi, pertanto è consigliabile la presenza di un buon piano riscaldato che implica un maggior dispendio energetico rispetto al PLA.

Sia PLA che ABS si avvalgono della tecnologia FDM, Fused Deposition Modeling, un sistema a caldo di produzione additiva che prevede l’utilizzo di un filamento di materiale plastico opportunamente distribuito, così da ottenere un manufatto di ottima struttura, estremamente performante e subito utilizzabile. Ciò che rende questa metodologia altamente competitiva è la possibilità non solo di spaziare all’interno di una vasta gamma di materiali termoplastici, ciascuno dotato di una specifica risposta termica, chimica e meccanica allo stress, ma anche di ottenere parti di dimensioni considerevoli. Velocità di realizzazione, solidità nei test funzionali e trattamenti immediati di finitura già in fase di prototipazione rendono i materiali termoplastici ideali per i collaudi.

Gomma

Anche lo stampaggio di materiali simil-gomma si avvale della tecnologia FDM. Per lo stampaggio di questo materiale si potrebbe ricorrere anche a tecniche di laminazione di resine, ma ciò faciliterebbe sia la lacerazione sia l’assorbimento della memoria elastica. Un prodotto stampato in gomma deve infatti presentare requisiti imprescindibili di resistenza allo strappo, all’allungamento, alla torsione e alla piegatura. Inoltre caratteristiche dimensionali, tecniche e percettive devono suggerire il consueto aspetto “gommoso”. Questo apparentemente non sembrerebbe presentare alcun tipo di problematica, ma solo un sapiente sistema di prototipazione rapida e impiego di opportuni materiali consente di ottenere manufatti di primissima qualità.

Metallo

Sempre attraverso FDM è possibile realizzare un prodotto dall’anima leggera e robusta che richiami le caratteristiche tecniche e percettive di pregio del metallo: rame, bronzo, alluminio etc. PROTOMETAL indica un materiale innovativo capace di conferire sensazioni tattili e visive senza precedenti, ma con un peso specifico per l’oggetto finale di gran lunga inferiore. Ciò è reso possibile dall’impiego di filamenti PLA che includono una percentuale di polveri metalliche a discrezione delle esigenze del cliente: un infill metallico elevato verrà quindi impiegato per riprodurre più fedelmente anche il peso di un oggetto, ma risulterà ovviamente più costoso.

Le finiture per la stampa 3D di Sinthesi Engineering

Sinthesi mette a disposizione dei propri clienti la gestione completa di ogni prodotto. Dalla prototipazione rapida all’oggetto stampato, il cliente vede le proprie richieste prender vita nella massima riservatezza e attraverso un’offerta di servizi di finiture per la stampa 3D che non richiede collaboratori esterni. Tra le finiture su cui poter optare nelle fasi finali di realizzazione abbiamo:

Verniciatura (painting)

Un processo di colorazione a spruzzo che conferisce una stesura uniforme su tutto l’oggetto. Lo spessore non invadente dello strato di vernice permette di conservare tutti i dettagli superficiali. A differenza del dyeing, tintura in profondità, la vasta gamma cromatica messa a disposizione mantiene nel tempo la propria tonalità e i colori non perdono di intensità.

Cromatura (chrome-plating)

Un processo di placcatura che consiste nel depositare un sottile strato metallico sulla superficie di un oggetto. La superficie appare così liscia, uniforme, lucente e priva di contaminazioni.

Lucidatura (polishing)

Un processo che conferisce lucentezza alle superfici facendone risaltare i colori. Una lucidatura ottimale prevede dapprima la rimozione di ogni residuo superficiale (a mano o tramite aria compressa), poi l’immersione dell’oggetto in una speciale soluzione che risalti l’intensità cromatica, e infine uno strato di smalto che rende l’oggetto non solo più brillante, ma più resistente agli choc e all’umidità.

Carteggiatura (sanding)

Un processo meccanico di lisciatura che consente di ottenere una superficie liscia e omogenea eliminando l’aspetto “stratificato” dell’oggetto stampato. Per una sensazione tattile senza precedenti è previsto anche una finitura Soft Touch, una lisciatura chimica particolarmente indicata per i poliammidi che conferisce all’oggetto una continuità superficiale ottimale.

Sinthesi Engineering consente inoltre di sottoporre gli oggetti stampati a impermeabilizzazione (water-proofing) o, come nel caso della gomma, a goffratura (embossing). L’impiego di appositi polimeri fotosensibili permette persino di conferire, già in fase di stampaggio, caratteristiche di trasparenza (transparency) o traslucidità.