Come abbiamo già avuto occasione di analizzare nell’articolo su lo stato attuale della stampa 3D in Italia, la rivoluzione effettuata in questi anni dal settore, ha portato a evidenti risparmi in termini di risorse, tempo e denaro all’interno della filiera industriale, facilitando il processo di stampa e conquistando sempre più quote di mercato.
Nei settori ad alto valore tecnologico, come nel caso della produzione in stampa 3d, si tratta però di un work in progress perenne.
Oggi stampare in 3D vuol dire abbracciare una tecnologia che semplifica i processi anche nei campi più disparati: dalla creazione di prototipi di precisione, con costi più contenuti, alla creazione di piccole parti di prodotti, passando per la modifica di prodotti già creati per favorirne l’upgrade.
Il sistema della stampa in 3D si presta quindi a più utilizzi, questa versatilità di applicazione ha portato nel corso del tempo a sperimentare materiali di utilizzo molto diversi.
Dal punto di vista appena descritto diventa fondamentale fare un’analisi sui materiali utilizzati, perché non tutte le tipologie di materiali possono avere le caratteristiche adeguate ai diversi settori di produzione; per questo motivo oggi ci addentriamo nelle possibilità dei materiali a disposizione per la produzione con stampa 3d.
L’evolversi e l’adattarsi a diversi contesti di stampa, ha dato alla luce uno sviluppo veloce anche nella tecnologia delle stampanti 3D che sono diventate sempre più semplici e facili da usare; a questo proposito anche i materiali impiegati per stampare in 3D sono cambiati per adattarsi alle nuove stampanti. Allo stato attuale è infatti possibile parlare di centinaia tipologie di materiali dalle caratteristiche più disparate, si parla di polvere, filamenti, pellets, granuli, resine e molto altro.
I filamenti di PLA sono tra quei materiali ad essere utilizzati per primi nel processo di stampa 3D, si tratta di una composizione di acido polilattico, ancora oggi è la scelta più diffusa. Il feeling della tecnologia 3D e l’approccio green alla produzione si esprime sicuramente con questo materiale che, oltre a essere di facile miscelazione grazie al colore metallico, è un composto di termoplastica molto versatile e biodegradabile a basso impatto ambientale.
Un materiale quindi ampiamente scelto perché risulta semplice da gestire oltre che presentare scarso restringimento e con una bassa viscosità, che ne facilita il processo di stampa.
Questo materiale abbastanza duro viene usato principalmente per modelli non funzionali ed estetici o per applicazioni in campo medico (ma non per prototipi).
Fra i PLA maggiormente utilizzati nel settore industriale:
Come già abbiamo fatto cenno, la componente ambientale e l’esigenza di avere un basso impatto, porta la produzione in stampa 3D all’utilizzo di Filamenti Naturali in PLA ovvero biomateriali completamente biodegradabili come birra, caffè o alghe. L’evoluzione tecnologica che ha portato a questo utilizzo e la base anche concettuale su cui si poggia la visione del 3D.
Oltre ai filamenti completamente naturali, esistono i filamenti per stampa 3d in ABS cioè un materiale composto da acrilonitrile butadiene stirene, con cui si realizzano oggetti leggeri e resistenti infatti il migliore campo di applicazione è quello dei prototipi per l’automotive
L’industria alimentare invece si serve spesso del filamento composto da polietilene tereftalato, conosciuto più in modo popolare come PET.
Si tratta di una resina termoplastica con cui vengono realizzate le bottiglie di plastica per l’acqua o i contenitori per conservare il cibo, o tutti quei contenitori che devono essere a contatto con alimenti, anche in questo caso la componente ambientale è fondamentale, infatti il PET è completamente riciclabile.
Con il PET si realizzano oggetti flessibili in grado di resistere a sollecitazioni esterne proprio come nel caso delle bottiglie per settore alimentare.
La lista dei filamenti per sistemi ad estrusione è ancora lunga, e passa dal Policarbonato, PC, materiale termoplastico tra i più versatili, fino all’utilizzo di elastomeri termoplastici che associano robustezza (come ABS) alla flessibilità e sono perfetti per elettrodomestici o per i componenti del settore automotive.
Senza contare i filamenti in cera/ wax che utilizzati con la tecnica della injection molding process e che con uno stampo, riescono a ricostruire minuziosamente oggetti anche molto piccoli ed è infatti utile nel settore degli oggetti preziosi.
Altro caso è quello dei fotopolimeri impiegati nella stampa 3D in cui si usano le Resine standard, cioè tutti quei materiali impiegabili per la realizzazione di prototipi funzionali, che richiedono anche una certa dose di estetica delle forme. Questo materiale realizza oggetti dal connubio perfetto tra estetica, modellazione e robustezza.
Le colorazioni di queste resine sono variegate; chiare, scure o anche trasparente con la particolare resina Clear. Spesso questa resina viene scelta anche per il costo conveniente.
Tra le resine più diffuse ci sono quelle dure, che sopportano bene le pressioni meccaniche. Mentre se la priorità di stampa è che il prodotto debba durare nel tempo, è possibile scegliere la Durable.
Il materiale che ha tra i suoi punti di forza la resistenza al calore è invece la la resine Heat Resistant, se si predilige l’elasticità ci si deve orientare verso le Rubber-like molto elastiche quasi di gomma.
Una buona fetta di innovazione nella produzione e stampa 3d, è stata portata dall’utilizzo di polveri metalliche, come il Titanio, che è tra i materiali maggiormente utilizzati nell’ambito del sistema medicale (anche per le protesi).
Un altro materiale molto innovativo è l’Inconel fa parte delle cosiddette, una vera super-lega di nichel-cromo molto resistente alla corrosione.
Il materiale meno costoso per la stampa in 3D è l’acciaio inossidabile, la cui applicazione è molto versatile e viene sfruttato in più ambiti: dal medicale, all’industria (automobilistica, aerospaziale ecc.).
Oltre all’uso di acciaio inossidabile, è possibile utilizzare anche l’alluminio (materiale leggero) o il cromo cobalto sempre più diffuso in ambiti industriali. Non mancano nemmeno le stampe additive con Rame e Bronzo.
L’ultimo nato nella famiglia dei consumabili per stampa tridimensionale, capace di dimostrare l’evolversi del processo di stampa 3d, è il materiale plastico ottimizzato appositamente per questo tipo di produzione: i tecnopolimeri. Si tratta di plastiche ingegneristiche ad alte prestazioni utilizzato, soprattutto negli ultimi tempi, nell’industria aerospaziale.
I materiali che compongono i tecnopolimeri sono: nylon con carbon fiber e nylon con glass fiber. Queste bobine di filamenti vengono prodotte con standard qualitativi altissimi per prestazioni reali che superano ormai ogni aspettativa.
I filamenti chiamati tecnopolimeri sono polimeri dalle elevate possibilità fisico-meccaniche:
Le caratteristiche elencate ci fanno capire sia che questi materiali possono sostituire completamente i metalli e in seconda analisi che si tratta di materiali particolarmente congeniali alla stampa 3d. Anche le colorazioni possono variare, fino a diventare trasparente se sottoposti a un processo di stiramento.
Da questo viaggio nei materiali per la stampa 3D abbiamo compreso che di materiali si potrebbe parlare a lungo e l’aggiornamento è davvero perenne, ma i punti chiave su cui lavora la filosofia della produzione e della stampa 3d è il risparmio, sia in ottica di tempo che ambientale. Fattori questi che insieme lavorano per un obiettivo comune: elevate prestazioni con una qualità senza precedenti. Ci aspettano frontiere sempre nuove in questo campo e innovazione tecnologica costante che parte dall’evoluzione delle stampanti e va all’ottimizzazione di materiali nuovi, o meno nuovi, a basso impatto.
