Materiali per la stampa 3D: tipologie, proprietà e come scegliere il migliore.

Materiali per la stampa 3D

La funzione a cui è destinato il tuo componente determinerà il materiale di stampa 3D più adatto. PLA e ABS sono ideali per la prototipazione. I nylon SLS e le resine tecniche sono utilizzati per i componenti funzionali. La stampa 3D in metallo è impiegata per applicazioni industriali ad alte prestazioni. Scegli il processo più appropriato dopo aver confrontato il materiale con i requisiti prestazionali.

Comprendere i materiali 3D è importante, soprattutto quando un componente passa dalla fase di prototipo concettuale a quella di applicazione funzionale. Un prototipo visivo in PLA può sembrare perfetto su una scrivania, ma si crepa e si ammorbidisce se riscaldato. È fondamentale sapere quali materiali sono in grado di sopportare determinate sollecitazioni.

Boda Tech fornisce una soluzione completa Servizio di stampa 3D, dalla selezione dei materiali alla produzione finale per la personalizzazione Stampa 3D progetti. Che si tratti di scegliere la plastica per un prototipo o i metalli per componenti funzionali, il nostro team vi aiuta a selezionare il materiale e il processo più adatti alla vostra applicazione.

Quali materiali si possono utilizzare nella stampa 3D?

I materiali utilizzati nella stampa 3D si dividono generalmente in due categorie principali: Materie plastiche stampate in 3D and Metalli per la stampa 3D.

Termoindurenti vs. termoplastici: la differenza fondamentale

Prima di confrontare i materiali, è importante comprendere le due principali tipologie di plastica utilizzate nella stampa 3D.

Termoplastici:

• Può essere fuso e risolidificato più volte. Utilizzato nella stampa FDM e SLS. Esempi includono PLA, ABS, PETG, nylon e TPU.
• L'industria automobilistica utilizza componenti in nylon termoplastico per clip e staffe perché il materiale può essere rifuso qualora si rendano necessarie modifiche al progetto.
• Particolarmente indicato per la produzione orientata al riciclo, poiché il materiale di scarto può essere riprocessato.

Termoindurenti:

• Le resine SLA sono termoindurenti e polimerizzano in modo permanente tramite luce UV o calore, non potendo essere rifuse. Producono componenti lisci e isotropi con resistenza uniforme in tutte le direzioni.
• Nei laboratori odontotecnici si utilizzano resine termoindurenti SLA per le guide chirurgiche, poiché la durezza permanente e la stabilità dimensionale sono fondamentali.
• Meglio dei termoplastici, dove la resistenza al calore e la qualità della superficie non possono essere compromesse, come ad esempio nei modelli per la fusione di gioielli.

Materiali emergenti:

Ecco alcuni materiali emergenti per la stampa 3D

• I termoplastici biodegradabili, come le miscele di PLA a base vegetale, stanno trovando sempre più impiego negli imballaggi e nei beni di consumo.
• Il nylon rinforzato con fibra di carbonio combina la riciclabilità con una rigidità quasi metallica, ed è utilizzato nei settori aerospaziale e della robotica.
• Sono in fase di sviluppo resine termoindurenti caricate con ceramica per applicazioni industriali ad altissime temperature.

Materiali per stampa 3D FDM

filamenti per la stampa FDM 

La tecnologia FDM fonde il materiale termoplastico e lo deposita a strati. Si tratta del metodo di stampa più economico e accessibile, ideale per componenti funzionali semplici e prototipi di base.

ABS contro PLA

Questo è il confronto più comunemente utilizzato quando si sceglie il materiale per la stampa FDM.

PLA È uno dei materiali più facili da stampare con la tecnologia FDM. È biodegradabile e inodore. È ideale per prototipi visivi e modelli concettuali. Il suo punto debole è la bassa resistenza al calore (si ammorbidisce a circa 60 °C) e la fragilità in caso di urti.

Ideale per prototipi visivi e modelli concettuali. Scegli il PLA per la prototipazione da tavolo, dove la resistenza al calore non è richiesta.

ABS Può resistere a temperature fino a 100 °C. È ideale per prototipi funzionali sottoposti a sollecitazioni meccaniche. Rappresenta un compromesso tra la necessità di un piano di stampa riscaldato e la garanzia di una ventilazione adeguata.

Ideale per prototipi funzionali sottoposti a stress meccanico. Scegliere l'ABS quando il componente deve resistere a temperature fino a 100 °C.

ABS o PLA non sono la scelta migliore per i componenti di produzione. Sia le resine tecniche che i nylon SLS sono superiori in termini di prestazioni meccaniche.

Materiali FDM aggiuntivi chiave

L'anisotropia è una limitazione importante nella tecnologia FDM. L'adesione tra gli strati crea una debolezza direzionale. L'orientamento di stampa è importante se il pezzo deve essere soggetto a carichi direzionali.

Materiali per la stampa 3D SLA

Materiale per la stampa 3D SLA 

La tecnologia SLA (Single Laser Amplification) utilizza un laser per indurire la resina liquida. Questo processo produce una finitura superficiale di altissima qualità, con tolleranze minime e la massima risoluzione rispetto a qualsiasi altro metodo di stampa 3D su plastica. I legami chimici tra gli strati rendono i pezzi isotropi.

Categorie di resine SLA

SLA è ampiamente utilizzato 3D materiale di stampa, che presentano diverse tipologie a seconda del loro utilizzo: 

• Resine per uso generale: Adatti per modelli concettuali e prototipi visivi grazie alla loro finitura liscia e opaca.
• Ingegneria resineProgettate per imitare il comportamento di ABS e HDPE, queste resine resistono a compressione, flessione e urti. Alloggiamenti, custodie e connettori sono soluzioni standard.
• Resine rigideRiempiti con vetro o ceramica per la massima rigidità. Utilizzati in maschere e attrezzature, nonché in componenti ad alta temperatura per il flusso d'aria.
• Flessibile and Elastico Resine: Imitano il comportamento del silicone o della gomma. Queste resine possono essere piegate ripetutamente senza rompersi. Ideali per la prototipazione di dispositivi medici.
• Alto-Temp resineMantengono la loro forma anche se riscaldati. Utilizzati per stampi e inserti, nonché per componenti esposti al calore.
• Biocompatibl a resineProgettato per applicazioni odontoiatriche e mediche in cui è richiesta la sicurezza dei materiali.

SLA ha la più ampia selezione di materiali di qualsiasi metodo di stampa su plastica. La resina selezionata è direttamente correlata a Le esigenze meccaniche e termodinamiche dell'applicazione. Sono ideali per modelli concettuali, prototipi visivi, alloggiamenti, custodie e componenti meccanici.

Materiali per la stampa 3D SLS

Materiali SLS 

La tecnologia SLS utilizza una varietà di materiali, tra cui termoplastici, nylon, polveri metalliche e altri. Non sono necessarie strutture di supporto perché la polvere non fusa sostiene il pezzo durante la stampa. Offre Flessibilità di progettazione senza pari per geometrie complesse. Il materiale standard per la tecnologia SLS è il Nylon 12. È resistente agli urti, robusto e stabile all'umidità, ai raggi UV e agli agenti chimici. Rappresenta un'ottima scelta sia per i prototipi funzionali che per i componenti di produzione finali.

Il nylon 11 è più rigido del nylon 12 ma possiede una maggiore elasticità. È adatto per applicazioni in cui la tenacità è più importante della rigidità. Per le applicazioni che richiedono rigidità strutturale, sono disponibili compositi di nylon rinforzati con fibra di vetro o di carbonio. Il TPU per SLS permette di creare componenti flessibili simili alla gomma, con eccellente stabilità ai raggi UV e capacità di assorbimento degli urti. Le prestazioni meccaniche dei componenti realizzati con la tecnologia SLS sono simili a quelle dei componenti stampati a iniezione. La finitura superficiale può essere migliorata mediante post-trattamenti, come burattatura e tintura.

Materiale metallico per la stampa 3D

Metallo per la stampa 3D

La stampa 3D su metallo è utilizzata principalmente nei settori aerospaziale, automobilistico e medicale. I processi DMLS e SLM fondono la polvere metallica strato dopo strato, producendo componenti resistenti difficili da replicare con le lavorazioni meccaniche tradizionali.

I metalli più comuni per la stampa 3D includono:

• Il titanio viene utilizzato per componenti leggeri, resistenti e termoresistenti impiegati nel settore aerospaziale e negli impianti medicali.
• L'acciaio inossidabile viene utilizzato per componenti industriali resistenti alla corrosione e ad alta resistenza.
• Componenti strutturali leggeri in alluminio e componenti per la gestione termica
• Le leghe di nichel vengono utilizzate nei componenti delle turbine e nei motori ad alta temperatura.
• Acciaio per utensili per stampi e matrici, nonché per utensili ad alta usura

La stampa su metallo è più costosa della stampa su plastica. Se hai bisogno di proprietà simili al metallo a un prezzo inferiore, valuta la galvanizzazione o la fusione di parti in plastica a partire da modelli SLA.

Come scegliere i materiali migliori per la stampa 3D?

Di seguito sono riportati alcuni passaggi fondamentali da seguire per selezionare i materiali adatti alla stampa 3D. 

Passaggio 1: Determina il tuo livello di prestazione

Prestazioni ridotte

• Nessun requisito meccanico, solo modelli visivi o test di adattamento.
• Materiali adatti: resine PLA o resine SLA generiche
• Esempio di utilizzo: un designer stampa un prototipo di una custodia per telefono solo per verificarne l'aspetto e la maneggevolezza. Non è richiesta particolare resistenza, quindi è sufficiente una resina SLA di base.

Prestazioni modeste

• Prototipi funzionali che devono comportarsi come veri e propri componenti di produzione
• Materiali adatti: ABS, resine SLA tecniche o nylon SLS
• Esempio di caso d'uso: un ingegnere stampa un prototipo di alloggiamento per valvola che verrà testato sotto leggera pressione per confermare l'assemblaggio e la funzionalità di base prima dell'inizio della produzione di massa.

Alte prestazioni

• Componenti soggetti a usura prolungata, calore, esposizione a sostanze chimiche o carichi ciclici.
• Materiali adatti: compositi di nylon SLS o resine SLA tecniche
• Esempio di caso d'uso: un produttore stampa una staffa per un componente automobilistico sotto il cofano che deve resistere a cicli termici, vibrazioni e contatti occasionali con i fluidi del motore.

Fase 2: Abbinare le proprietà specifiche del materiale

Una volta determinato il livello di prestazione desiderato, selezionare i materiali più adatti al componente.

• Resistenza agli urti: ABS in FDM o nylon, resine resistenti in SLA o Nylon 11 o 12.
• Flessibilità: il TPU può essere utilizzato con FDM, SLA o SLS.
• Resistenza al calore: resine SLA rigide o ad alta temperatura. Nylon 12 per SLS
• Resistenza chimica: PETG per FDM, resine rigide per SLA, nylon per SLS
• Rigidità: resine SLA rigide, compositi in nylon SLS, compositi in fibra di carbonio FDM

Fase 3: Valutare i compromessi del processo

Il materiale e il processo sono interdipendenti. La tecnologia SLA consente di ottenere tolleranze ristrette, finiture lisce e un'ampia gamma di materiali. La tecnologia SLS è preferibile se la geometria interna è più importante. Il nylon è il materiale principale.

Errori nella selezione dei materiali 

Prima si sceglie il materiale, poi si definisce l'applicazione. La priorità è data ai requisiti di prestazione. Il materiale viene scelto in funzione della componente.

• Ignorare l'anisotropia nella progettazione di componenti FDM. Le linee di stratificazione FDM creano una debolezza direzionale. Prima della produzione, i componenti FDM che devono sopportare carichi devono essere orientati.
• Errore di calcolo della temperatura di esercizio. Il PLA si ammorbidisce se riscaldato a temperature comunemente superate negli interni delle automobili, negli ambienti industriali e in altre applicazioni. Verificare sempre la temperatura di deflessione termica in base alle reali condizioni di esercizio.
• Quando la fusione è sufficiente, è consigliabile optare per la stampa 3D su metallo. I modelli per la fusione a cera persa SLA consentono di produrre componenti metallici a costi inferiori e con maggiore rapidità per numerose applicazioni.

Conclusione 

La parte più importante di qualsiasi progetto di stampa 3D è la scelta del materiale giusto. La capacità di far coincidere i requisiti di prestazione con le proprietà dei materiali, che si tratti di plastiche FDM, resine SLA o nylon SLS, così come dei metalli, determina il successo o il fallimento dei componenti nell'uso reale.

Il team di Boda Tech ha esperienza in tutti i principali processi e tipologie di materiali. Possono aiutarvi a scegliere l'opzione migliore e a risparmiare denaro evitando costose ristampe. Contattaci per discutere la scelta dei materiali per il tuo prossimo progetto.

FAQ

Quali materiali sono adatti per la stampa 3D di componenti funzionali? 

Le opzioni principali sono il nylon 12 SLS, le resine tecniche e le resine SLA rigide. La scelta si basa sui requisiti meccanici, termici e chimici dell'applicazione.

Quali sono le differenze tra le materie plastiche stampate con tecnologia FDM e quelle stampate con tecnologia SLA? 

I filamenti FDM sono termoplastici che fondono e poi si solidificano nuovamente. Le resine SLA sono termoindurenti, che polimerizzano in modo permanente se esposte alla luce UV. I pezzi realizzati con tecnologia SLA hanno una superficie più liscia e sono più isotropi. I pezzi realizzati con tecnologia FDM possono essere anisotropi e sono più economici per usi di base.

Quale processo offre il miglior confronto tra i materiali di stampa 3D per la realizzazione di prototipi funzionali? 

Sia le resine ingegneristiche SLA che il nylon SLS producono prototipi funzionali e resistenti. SLS offre una maggiore libertà di progettazione per geometrie complesse. SLA fornisce una qualità superficiale superiore e una gamma più ampia di proprietà dei materiali.

Qual è il materiale migliore per la creazione di componenti automobilistici tramite stampa 3D?

Per i componenti automobilistici, il Nylon 12 stampato con tecnologia SLS è una scelta comune perché resiste bene al calore, alle vibrazioni e alle sollecitazioni meccaniche. Viene utilizzato per condotti dell'aria, clip, staffe e componenti sotto il cofano. Per i componenti estetici o da esposizione, la resina SLA offre una finitura più liscia.

Quale materiale per la stampa 3D è più adatto per i dispositivi medici?

Le resine ingegneristiche SLA sono ampiamente utilizzate in ambito medico perché consentono di produrre componenti lisci e precisi. Sono disponibili resine biocompatibili per la realizzazione di articoli come guide chirurgiche e modelli dentali. Il nylon SLS viene utilizzato anche per componenti protesici grazie alla sua resistenza e flessibilità.