materiali per stampa 3D

Materiali per stampa 3D: la guida con tutti i suggerimenti

Mettere le mani su una stampante 3D apre le porte a un universo di possibilità. Che si tratti di qualcosa di funzionale come le protesi o di ricreativo come le parti di gioco da tavolo, c’è una necessità comune di legare tutto insieme attraverso i materiali per stampa 3D che vanno introdotti nella stampante 3D.

filamenti stampante 3D sono tipi speciali di plastica chiamati termoplastici. Una volta riscaldati alla giusta temperatura, i termoplastici diventano flessibili. È questa duttilità che permette alla stampante di scolpire il filamento per creare le vostre forme prima che si raffreddi.

Indice

Introduzione

La stampa 3D o la produzione additiva è un processo di produzione di oggetti solidi tridimensionali a partire da un file digitale. La creazione di un oggetto stampato in 3D si ottiene utilizzando processi additivi. 

In un processo additivo un oggetto viene creato partendo da un modello 3D e stendendo strati successivi di materiale fino alla creazione dell’oggetto. Ognuno di questi strati può essere visto come una sezione trasversale orizzontale sottile dell’oggetto finale. 

La stampa 3D consente di produrre forme complesse utilizzando meno materiale rispetto ai metodi di produzione tradizionali.

dettaglio materale stampa 3d
Dettaglio oggetto stampato

Stampa 3D materiali e caratteristiche

Sul mercato si possono trovare diversi diametri, ma principalmente nei materiali stampa 3D vanno dai 3mm o 1.75mm. Queste rappresentano le dimensioni standard che dovrebbe avere un filamento, anche se molto spesso dipende dal materiale che si sta acquistando. 

Per quanto riguarda i prezzi delle bobine (il filamento è arrotolato in una ruota chiamata bobina stampa 3D), sono molto accessibili a tutti, se si acquistano circa 500g il prezzo si aggirerà intorno ai 10 euro mentre se si acquista 1 Kg, la bobina costerà sui 25 euro. 

Se è la prima volta che si utilizza una stampa 3D, occorre sapere che la temperatura media di fusione del materiale si aggira tra i 190 e i 220 gradi centigradi a seconda dei casi e del tipo di materiale che si utilizza per la stampa.

PLA: il materiale di stampa più utilizzato

Il PLA (Poly Lactic Acid) è popolare sia per i dilettanti che per i professionisti. Si tratta di un tipo speciale di termoplastica a base di materiali organici, ovvero amido di mais e canna da zucchero. I principali vantaggi del PLA stampa 3D sono che è più sicuro e più facile da usare, e senza fumi tossici di cui preoccuparsi. 

Alcuni utenti trovano addirittura piacevole l’odore dolce del filamento a base di zucchero. Rispetto all’ABS, il PLA produce parti 3D più gradevoli dal punto di vista estetico. Questa finitura è dovuta alla sua lucentezza unica e all’aspetto liscio.

Caratteristiche

Si potrebbe pensare che sembri la soluzione perfetta, ma ci sono alcuni svantaggi. Per prima cosa, il punto di fusione del PLA è molto più basso rispetto all’ABS, e questo lo rende più debole. Questo è importante se si stampano parti in movimento o se si espongono le parti ad alte temperature. Entrambe queste cose possono causare la formazione di oggetti 3D, crepe, deformazioni o addirittura la fusione. 

Se nulla di quanto sopra vale per voi e per i vostri progetti 3D, allora il PLA dovrebbe essere il vostro filamento di scelta. Vi premierà con dettagli di stampa superiori ed è anche meno soggetto ad errori di stampa durante il processo di costruzione.

Applicazioni

Il PLA ha un’ampia gamma di utilizzi. A livello professionale, gli usi del filamento PLA includono la sutura medica (cucitura). Possiamo anche vedere il PLA utilizzato per vari impianti chirurgici, tra cui perni, aste, viti e mesh impiantati chirurgicamente. 

Le applicazioni funzionano grazie alle proprietà degradabili del materiale. Tutte le suddette parti stampate in 3D si rompono nel corpo umano. Possono richiedere da sei mesi a due anni, a seconda della parte e del suo scopo. A livello amatoriale, il filamento PLA è ottimo per produrre un’intera gamma di articoli di consumo.

Altri vantaggi del PLA sono che stampa più velocemente dell’ABS, e non c’è bisogno di un letto di stampa riscaldato. I prodotti finali sono una discreta resistenza, durevoli e offrono un certo grado di resistenza agli urti. Oltre alla stampa 3D, altri prodotti che utilizzano il PLA includono imballaggi per alimenti, stoviglie monouso e pannolini, come alcuni esempi.

PLA o ABS? Ecco tutte le differenze

Precisione delle parti

Generalmente le tolleranze e la precisione dei componenti stampati FDM dipendono in gran parte dalla taratura della stampante e dalla complessità del modello. Tuttavia, l’ABS e il PLA possono essere utilizzati per creare parti con precisione dimensionale, dettagli di stampa fino a 0,8 mm e caratteristiche minime fino a 1,2 mm. 

Per il collegamento o l’interblocco di parti, si raccomanda una tolleranza di 0,5 mm e l’utilizzo di uno spessore minimo di parete di 1-2 mm garantisce una resistenza adeguata degli elementi della parete.

Grazie alla sua temperatura di stampa più bassa, il PLA, se raffreddato correttamente, ha meno probabilità di deformarsi (rendendo più facile la stampa) e può stampare angoli e caratteristiche più nitide rispetto alla stampa 3D ABS.

stampa 3d meccanismo
Dettaglio di stampa per meccanica di precisione
materiale stampa 3d forza
Bullone resistente stampato in 3D

Forza

Con resistenze alla trazione simili, l’ABS e il PLA sono entrambi adeguati per molte applicazioni di prototipazione. L’ABS è spesso preferito per la sua migliore duttilità rispetto al PLA filamento.

Con una maggiore resistenza alla flessione e un migliore allungamento prima della rottura, l’ABS stampato in 3D può essere impiegato per applicazioni finali, mentre il PLA rimane popolare per la prototipazione rapida quando la forma è più critica della funzione.

Resistenza al calore

Per applicazioni ad alta temperatura, l’ABS (temperatura di transizione vetrosa di 105°C) è più adatto del PLA (temperatura di transizione vetrosa di 60°C). 

Il PLA può perdere rapidamente la sua integrità strutturale e può iniziare ad afflosciarsi e a deformarsi, soprattutto se sotto carico, poiché si avvicina ai 60°C.

materiale stampa 3d resistenza al calore
Materiale stampa 3D resistenza al calore
materiale stampa biodegradabile
Stampa 3D biodegradabile

Biodegradabilità

Il PLA è stabile in condizioni atmosferiche generali e si biodegraderà entro 50 giorni in compostiere industriali e 48 mesi in acqua. L’ABS non è biodegradabile, tuttavia è riciclabile. 

Il PLA viene regolarmente utilizzato per la produzione di prodotti alimentari, tuttavia si raccomanda la conferma da parte del produttore del filamento che è sicuro.

Filamenti per stampa 3D: lista di tutti i materiali

Ecco una carrellata dettagliata dei materiali più diffusi per la stampa 3D:

Filamento ABS

L’ABS è popolare per molti motivi. È resistente ed assorbe bene gli urti. È questa forza e la moderata flessibilità che lo rendono un’ottima scelta per la stampa in 3D. È anche facile da estrudere dagli ugelli della stampante, il che lo rende un materiale facile da lavorare.

Applicazione

L’ABS è un’ottima scelta per la stampa di parti automobilistiche in plastica, parti mobili, strumenti musicali, elettrodomestici da cucina, alloggiamenti elettronici e giocattoli vari, come il LEGO. Ha anche altre applicazioni, oltre alla stampa 3D. Ad esempio, i produttori tradizionali usano l’ABS per produrre involucri di plastica, bottiglie d’acqua e tazze, per citare alcuni usi. 

Nonostante la sua popolarità per la stampa 3D, l’ABS non è il filamento migliore per la maggior parte degli utenti domestici. Questo perché ha un alto punto di fusione che ha bisogno di stampare su una superficie riscaldata, o letto. Un letto riscaldato per stampanti non è qualcosa di cui molte stampanti 3D di fascia economica sono dotate. 

La stampa con l’ABS produce anche dei fumi sgradevoli che possono irritare alcune persone. Inutile dire che una buona ventilazione è essenziale. Queste cose insieme fanno dell’ABS un materiale favorito più dai professionisti che dagli utenti amatoriali.

materiale stampa 3d abs
Mattoncini Lego stampati in 3D

Filamento PET

Oggi il polietilentereftalato (PET) è un materiale 3D molto popolare. Un altro uso comune per il PET è nelle bottiglie di plastica di tutti i giorni. Questa plastica è stabile e innocua, non emette odori sgradevoli o nocivi, non è PETG tossico ed è riciclabile al 100%. Allo stato grezzo, il filamento non ha colore ed è cristallino. Una volta esposto al freddo o al calore, il materiale passa rapidamente ad uno stato non trasparente. Una versione più avanzata se il PET è un filamento chiamato PETG, commercializzato anche come Anfora AM1800.

Applicazioni

Il PETT è in un elenco di polimeri approvati dall’FDA. Questo lo rende completamente food safe, il che significa che stampare PETG è sicuro per prodotti come tazze, piatti, ecc. Inutile dire che le applicazioni comuni per il filamento PETT includono contenitori per alimenti e vari utensili da cucina.

materiale stampa 3d petg
Bottiglia stampanta in PETG

Filamento di nylon

Il filamento di nylon 3D, chiamato anche poliammide, è un’altra scelta popolare. Si tratta di un polimero sintetico che è più resistente e più duraturo dell’ABS e del PLA ed economico. È anche flessibile, leggero, resistente all’usura e meno fragile sia dell’ABS che del PLA. 

Ci sono diversi tipi di filamento nylon disponibili, e ciò che scegliete dipenderà da quale si adatta al vostro budget e alle vostre esigenze. La differenza tra di loro sta nelle capacità di legame dello strato del filamento, nella resistenza alla trazione e nell’assorbimento dell’acqua. Potete anche scegliere un filamento di nylon stampa 3D che abbia una finitura traslucida o opaca e un restringimento ridotto.

Applicazione

Il filamento di nylon è ottimo da utilizzare in una grande varietà di applicazioni grazie alla sua resistenza, alle sue proprietà flessibili e alla sua durata. È particolarmente adatto per vari prodotti di consumo, utensili, componenti meccanici, parti di macchine, parti strutturali, contenitori e molto altro ancora.

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Fascette stampate in nylon

Filamenti TPU

Come suggerisce il nome, gli elastomeri termoplastici (TPE) sono essenzialmente plastiche con qualità simili alla gomma, che li rendono estremamente flessibili e durevoli. Come tali, il TPE è comunemente usato per produrre parti di automobili, elettrodomestici e forniture mediche.

In realtà, il TPE è un’ampia classe di copolimeri (e miscele di polimeri), ma viene comunque utilizzato per etichettare molti tipi di filamenti di stampanti 3D disponibili in commercio. Morbidi ed estensibili, questi filamenti possono sopportare il tipo di pressione fisica che né l’ABS né il PLA possono tollerare. D’altra parte, la stampa non è sempre facile, poiché il TPE può essere difficile da estrudere.

Il poliuretano termoplastico (materiale TPU) è una particolare varietà di TPE, ed è esso stesso un filamento per stampanti 3D molto diffuso. Rispetto al TPE generico, il TPU è leggermente più rigido, il che lo rende la stampa TPU più facile. È anche un po’ più resistente e può mantenere meglio la sua elasticità al freddo.

Il copoliestere termoplastico (TPC) è un’altra varietà di TPE, anche se non così comunemente usato come il TPU. Simile per molti aspetti al TPE, il principale vantaggio del TPC è la sua maggiore resistenza all’esposizione chimica e ai raggi UV, nonché al calore (fino a 150°C).

Applicazioni

Conviene stampare TPE o stampare TPU quando si creano oggetti che devono essere molto usurati. Se la parte stampata in 3D si piega, si allunga o si comprime, questi filamenti della stampante 3D dovrebbero essere pronti per il compito. 

Le stampe di esempio potrebbero includere giocattoli, custodie per il telefono o oggetti indossabili (come i braccialetti). Il TPC può essere usato per applicazioni simili, ma funziona particolarmente bene in ambienti più difficili, come l’aria aperta.

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Stampa TPU flessibile

I materiali compositi: filamenti con effetti speciali

Esistono materiali per la stampa 3D particolari, speciali rispetto alle comuni bobine, che possiamo usare per personalizzare al massimo la stampa dei nostri oggetti e dei nostri progetti.

Questi materiali sono costruiti in modo da poter essere usati con le stampanti 3D commerciali che abbiamo in casa. Sono realizzati con una base di PLA standard e successivamente arricchiti da polveri di legno, metallo, ecc.

Suggeriamo sempre di effettuare una pulizia accurata del corpo estrusore e nozzle alla fine dell’utilizzo di questi materiali perchè potrebbero lasciare residui grossolani all’interno che potrebbero portare all’otturazione dell’estrusore.

Filamento carbonio stampa 3D

Da qualche tempo si sta diffondendo sempre più l’utilizzo di questo materiale, soprattutto in ambito industriale. Le proprietà sono sicuramente molteplici: tra queste spiccano senza dubbio elevata robustezza, resistenza ai carichi di rottura, resistenza ad alte temperature.

Il costo di una bobina di filamento carbonio stampa 3D va dai 39€ in su ma l’effetto finale che ne ricaverete vale senza dubbio il prezzo.

Bisognerà fare diverse prove per trovare il giusto setup di temperatura di estrusione e temperatura del piatto; tuttavia consigliamo sempre di seguire le indicazioni fornite dal produttore del filamento.

filamento carbonio stampa 3D
Stampa 3D in carbonio

Filamento legno stampa 3D

Questo tipo di filamento speciale per la stampa 3D è tra tutti il più usato. L’effetto finale che si ha è quello di una vera e propria scultura di legno come se fosse scolpita da un artista di bottega. Persino l’odore che sentirete vi stupirà!

Tuttavia questo tipo di materiale presenta sicuramente dei contro: è molto fragile, friabile e se estruso ad una temperatura errata può intasare il nozzle con i suoi residui.

Il colore cambia in base a come impostate la temperatura di estrusione. Il letto riscaldato non è necessario.

filamento legno stampa 3D
Stampa 3D in legno

Filamento metallo stampa 3D

Così come per il filamento in carbonio, esistono bobine di materiale per stampa 3D ricche di fibre metalliche che danno all’oggetto finale una consistenza ed una lucentezza ed un peso tipiche dei metalli.

Il sistema è sempre lo stesso, una base di PLA classico ed un 20% circa di polveri metalliche mischiate da un collante. In questa maniera anche le stampanti commerciali possono estrudere tranquillamente il filamento.

Il costo si aggira sui 40€. Esistono diverse versioni in base al metallo scelto: rame, alluminio, oro. Molto importante è la pulizia dell’estrusore a fine stampa per rimuovere i residui grossolani di filamento non estrusi.

filamento metallo stampa 3D
Stampa 3D in metallo

Come si conserva un filamento?

La conservazione dei filamenti rappresenta un grosso problema per gli appassionati della stampa 3D. Un’errata conservazione fa sì che l’umidità dell’aria si faccia strada nei vostri filamenti e nella bobina stampante 3D, il che, come vedrete presto, è una brutta notizia.

I filamenti utilizzati per la stampa 3D sono polimeri, il che significa che possono essere scomposti in un processo noto come idrolisi. Come risultato dell’umidità dell’aria che entra in contatto con i filamenti quando sono mal conservati, il polimero si rompe quando viene riscaldato nel punto di estrusione, rendendo il filamento indebolito.

Le parti stampate con questo filamento inumidito non avranno l’aspetto lucido o immacolato che si desidera. Inoltre, il filamento con umidità richiede una temperatura più elevata per una corretta estrusione. I filamenti di nylon, policarbonato e copoliestere sono molto sensibili all’idrolisi quando diventano bagnati e vengono riscaldati. 

I filamenti di stampa 3D tendono ad essere igroscopici, il che è un modo fantasioso di dire che assorbono facilmente l’umidità. Quindi, il problema dell’immagazzinamento si riduce quando si evita il contatto con l’aria umida.

Sacchi sottovuoto

Sono disponibili molte soluzioni di storage per i vostri filamenti, ma una parte significativa è costosa, poco pratica o troppo dispendiosa in termini di tempo. I sacchetti per il sottovuoto di alta qualità offrono un ambiente privo di aria per i vostri filamenti

È consigliabile acquistare sacchetti che hanno una valvola per aspirare l’aria. Inoltre, dovrete acquistare sacchetti con un meccanismo a doppia cerniera per la massima impermeabilità all’aria. Creare un ambiente privo di aria nei sacchetti è facile, basta usare un normale aspirapolvere domestico su di essi per aspirare l’aria. In un sacchetto sottovuoto si inseriscono circa 4 bobine di filamento. 

I pacchetti contenenti sei sacchetti sono disponibili a circa 15 euro. Questo dovrebbe essere più che sufficiente per qualsiasi hobbista della stampa 3D. In sintesi, questa è una soluzione semplice ed economica al problema della conservazione dei filamenti e che dovreste prendere in considerazione.

sacchi sottovuoto per pla
Sacchi sottovuoto per materiali stampa 3D
scatola a secco per pla
Scatola a secco per materiale stampa 3D

Scatola a secco

Un’altra ottima soluzione per creare un ambiente privo di umidità per la conservazione dei filamenti è una scatola asciutta. Queste scatole forniscono il tipo di ambiente a bassa umidità che è perfetto per la conservazione dei filamenti. La tecnologia funziona attraverso un sistema di deumidificazione elettronica che deumidifica costantemente l’interno della scatola. Di conseguenza, si limita praticamente a zero il contatto che il filamento ha con l’aria umida. Per voi questo significa stampe più forti e affidabili.

Scatole di conservazione

Le scatole trasparenti con coperchio sigillato rappresentano un altro ottimo modo per conservare correttamente i filamenti di stampa 3D. L’idea alla base dei coperchi sigillati è che nessuna nuova umidità può raggiungere il filamento dall’esterno. La necessità di trasparenza nasce da un punto di vista pratico, per riuscire a vedere il contenuto. In termini di dimensioni, vorrete puntare a qualcosa di abbastanza grande da poter impilare alcune bobine di almeno 20 cm di diametro. Una buona dimensione di base è qualcosa di circa 40 cm di lunghezza e 30 cm di larghezza. L’altezza dipende da quante bobine di filamento si prevede di impilare, ma circa 40 cm dovrebbero andare bene.

scatola di conservazione per pla
Scatola di conservazione per materiale stampa 3D

Riepilogo

Questa guida vi offre una buona panoramica dei diversi filamenti di stampanti 3D presenti sul mercato. Ce ne sono altri, ma quelli qui elencati sono i materiali più diffusi e facili da reperire al momento della scrittura. Prima di scegliere il filamento giusto per il vostro prossimo lavoro, dovete preparare un progetto. Per esempio, oltre a sapere cosa si intende costruire, bisogna anche capire le capacità della propria stampante. Non tutte le stampanti 3D sono in grado di stampare in tutti i materiali 3D.

Consigli

Non lasciate che il più economico dei filamenti a buon mercato vi tenti, perché potrebbe rivelarsi una falsa economia. Seriamente, i filamenti per la stampa 3D a basso costo e di bassa qualità hanno più probabilità di contenere impurità chimiche. Queste impurità possono causare parti stampate insoddisfacenti e ugelli della stampante intasati.

Conclusione

Questi sono tutti i materiali più utilizzati ma sul mercato si possono trovare molte varietà di filamenti, da quelli semplici a quelli più complessi e composti con cui lavorare. È inoltre necessario prepararsi per tentativi ed errori se si prevede di sperimentare alcuni dei filamenti più complicati. Un’altra considerazione è il diametro del filamento, 1,75 mm o 3 mm. Se non siete sicuri, optate sempre per 1,75mm, perché è più facile da lavorare. 

La conservazione dei filamenti in 3D è un’altra area cruciale su cui riflettere. Queste materie plastiche possono assorbire l’umidità dell’aria che può incasinare il processo di stampa. Quando non viene utilizzato, un buon modo per conservare il filamento 3D è quello di utilizzare sacchetti sottovuoto che hanno una doppia linea di cerniere per una migliore tenuta ermetica.

Tutti sono utili per una produzione di un prodotto efficiente, non resta che acquistare il filamento giusto e dilettarsi ad utilizzare una stampante 3D.

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