Gli hardware per la stampa 3D sono sempre più sofisticati e ricchi di funzionalità, di conseguenza le proprietà di resine, polveri e filamenti utilizzati per la stampa sono diventate ancora più importanti per stabilire nuovi workflow e aprire a nuove applicazioni. I materiali per la stampa 3D resistenti al calore sono molto richiesti grazie alla crescente diffusione di applicazioni in settori automobilistico, aerospaziale, energetico, del gas e della produzione industriale.
La maggior parte dei materiali per la stampa 3D è costituita da materie plastiche, anche se esistono stampanti 3D in grado di stampare parti in metallo o ceramica. Le materie plastiche non sono note per la loro resistenza al calore, ma i nuovi sviluppi delle diverse tecnologie di stampa 3D, modellazione a deposizione fusa (FDM), stereolitografia (SLA) e sinterizzazione laser selettiva (SLS), hanno consentito l'introduzione di resine, filamenti e polveri resistenti al calore.
In questo articolo presenteremo varie tipologie di materiali per la stampa 3D resistenti al calore, tra cui filamenti, resine e polveri, e di stampanti 3D compatibili, illustrando i rispettivi vantaggi e svantaggi.
Processi di stampa 3D con materiali resistenti al calore a confronto
| MODELLAZIONE A DEPOSIZIONE FUSA (FDM) | STEREOLITOGRAFIA (SLA) | SINTERIZZAZIONE LASER SELETTIVA (SLS) | |
|---|---|---|---|
| Risoluzione | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| Accuratezza | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★★★★ |
| Finitura superficiale | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| Rendimento | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| Design complessi | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| Facilità di utilizzo | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| Materiali disponibili | PLA, ABS, PC, PEEK, ULTEM | Resine resistenti al calore Vero silicone Ceramica tecnica | Nylon 12, nylon 11, nylon rinforzato con vetro o fibra di carbonio, TPU e polipropilene |
| Temperatura massima di distorsione termica a 0,45 MPa | 260 °C (polietere etere chetone) | Materiali plastici: 238 °C (High Temp Resin e Rigid 10K Resin) Ceramica: fino a 1500 °C | 188 °C (Nylon 11 CF Powder) |
| Costo | I prezzi delle stampanti 3D FDM economiche e dei relativi pacchetti si aggirano intorno ai 200 €. Le stampanti FDM desktop professionali hanno prezzi compresi fra 2000 € e 8000 €, mentre i sistemi industriali sono disponibili a partire da 15 000 €. | Le stampanti 3D SLA professionali costano circa 2500-10 000 €, mentre quelle di grande formato hanno un costo compreso tra 5000 e 25 000 €. | Le stampanti 3D SLS industriali da banco partono da poco meno di 30 000 € per la stampante e 60 000 € per l'intero ecosistema, comprese le postazioni di gestione e pulizia della polvere. Le stampanti SLS industriali tradizionali partono da circa 200 000 €. |
| Vantaggi | Macchine e materiali a basso costo per consumatori | Precisione Finitura superficiale liscia Ampia gamma di materiali Disponibilità di materiali biocompatibili | Parti funzionali resistenti Libertà di design Strutture di supporto non necessarie Disponibilità di materiali biocompatibili |
| Svantaggi | Qualità inferiore Parti non isotropiche Libertà di design limitata | Sensibilità all'esposizione prolungata alla luce UV | Finitura superficiale ruvida Scelta di materiali limitata |
| Applicazioni | Prototipazione di base | Prototipazione funzionale Produzione personalizzata, ponte o in piccoli volumi Creazione rapida di attrezzature (stampi e modelli) Supporti di produzione (dime e fissaggi) Applicazioni odontoiatriche e mediche | Prototipazione funzionale Produzione personalizzata, ponte o in piccoli volumi Supporti di produzione (dime e fissaggi) |
Come scegliere una tecnologia di stampa 3D
Non sai quale stampante 3D per le materie plastiche è più adatta alle tue esigenze? In questa guida video confrontiamo le tecnologie FDM, SLA e SLS in base alle valutazioni di acquisto più comuni.
Misurazione della resistenza al calore delle parti stampate in 3D
I materiali che sono in grado di mantenere la loro resistenza anche a temperature elevate sono ideali per applicazioni come lo stampaggio per realizzare prodotti per utilizzo finale, come questo componente del collettore in fibra di carbonio (a sinistra) realizzato con uno stampo in High Temp Resin realizzato con la stampante Form 3+ (a destra).
Il termine generico "resistenza al calore" può riferirsi a diverse proprietà dei materiali misurabili che si applicano specificamente in determinate situazioni. Le tre proprietà meccaniche sono:
-
Temperatura di distorsione termica: misura la resistenza di un materiale alla deformazione sotto sforzo quando si trova a una temperatura elevata o, più semplicemente, la rigidità di un materiale quando viene riscaldato.
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Temperatura di rammollimento Vicat: misura la temperatura alla quale un ago a testa piatta può penetrare la superficie di un materiale per una profondità di 1 mm o, più semplicemente, il punto in cui la stabilità della forma solida inizia a deteriorarsi. Questo parametro è utile per i materiali flessibili, per i quali la temperatura di distorsione termica non è applicabile.
-
Temperatura di transizione vetrosa: misura la temperatura di fusione di un materiale solido.
Queste proprietà meccaniche non sono intercambiabili, poiché le misurazioni di un singolo materiale differiscono notevolmente quando si considerano questi tre standard: una resina stampata 3D si deformerà leggermente sotto sforzo a una certa temperatura (temperatura di distorsione termica), sarà suscettibile ai graffi o alla penetrazione (temperatura di rammollimento Vicat) a un'altra e diventerà liquida a una temperatura molto più elevata.
La temperatura di distorsione termica viene utilizzata più spesso per valutare l'utilità di un materiale in un ambiente o applicazione riscaldati. La temperatura di distorsione termica misura le prestazioni sotto sforzo, pertanto è importante notare che esistono due misure di deformazione comuni utilizzate per valutarla: la temperatura di distorsione termica a 0,45 MPa (67 psi) e quella a 1,8 MPa (264 psi).
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Filamenti resistenti al calore per la stampa 3D FDM
La modellazione a deposizione fusa (FDM), nota anche come fabbricazione a fusione di filamento (FFF), è la tecnologia di stampa 3D più diffusa tra i consumatori, soprattutto grazie a un numero crescente di stampanti 3D per l'hobbistica. Le stampanti 3D FDM creano le parti fondendo ed estrudendo un filamento termoplastico, che un ugello di stampa deposita strato per strato nell'area di stampa.
La maggior parte delle stampanti 3D FDM può stampare con filamenti che offrono resistenza al calore fino a circa 100 °C, mentre alcune stampanti 3D FDM industriali possono anche stampare parti per applicazioni ad alte temperature con filamenti resistenti al calore con una temperatura di distorsione termica di 280 °C.
Pro e contro della stampa 3D FDM resistente al calore
Le stampanti FDM sono meno adatte a design complessi o parti ricche di dettagli (a sinistra) rispetto alle stampanti SLA (a destra).
La stampa 3D FDM è adatta per modelli Proof-of-Concept semplici, nonché per la prototipazione veloce e a basso costo di parti semplici, come quelle che normalmente vengono realizzate tramite lavorazione meccanica. Può essere veloce per i design più semplici e, poiché molte persone associano la tecnologia FDM al funzionamento di una pistola per colla a caldo, rappresenta un'introduzione facile alla stampa 3D.
Tuttavia, la FDM offre una risoluzione e una precisione inferiore rispetto alle tecnologie SLA e SLS e non è l'opzione migliore per la stampa di design complessi o di parti ricche di dettagli. La maggior parte delle stampanti 3D FDM professionali e industriali utilizzano supporti solubili per ridurre al minimo queste problematiche e offrire una vasta gamma di termoplastiche ingegneristiche, ma hanno un costo decisamente elevato.
Macchine per la stampa 3D FDM resistente al calore
Esiste un'ampia gamma di stampanti 3D FDM per la produzione di parti stampate in 3D resistenti al calore. Molte macchine dispongono anche di piattaforme aperte che permettono di stampare con filamenti di diverse aziende.
Il requisito principale per la stampa 3D FDM di parti resistenti al calore è assicurarsi che l'estrusore e il letto di stampa possano raggiungere le impostazioni di temperatura più elevate necessarie per fondere ed estrudere i filamenti resistenti al calore e stabilizzare le parti durante il processo di stampa. Si consiglia di utilizzare una camera di stampa chiusa per mantenere una temperatura uniforme ed elevata durante il processo. I filamenti che offrono la massima resistenza al calore, come polietere etere chetone e ULTEM, sono compatibili solo con stampanti FDM industriali specializzate.
Questi materiali sono progettati per resistere alla deformazione a temperature elevate, pertanto anche la fusione e l'estrusione possono presentare delle difficoltà, causando spesso stampe non uniformi, ostruzioni dell'ugello o altri problemi.
Filamenti resistenti al calore per la stampa 3D a confronto
Alcuni filamenti avanzati per FDM, come l'ULTEM, offrono un'elevata resistenza al calore e possono essere utilizzati per la prototipazione in applicazioni ad alte temperature, come i componenti automobilistici.
I due materiali più comuni per la stampa FDM sono PLA e ABS. Tra i due, l'ABS offre una maggiore resistenza al calore. Esistono anche altri filamenti più resistenti al calore, ma spesso sono più difficili da stampare o richiedono stampanti 3D industriali specializzate.
Acido polilattico (PLA)
Il PLA è il materiale plastico più comune per le stampanti 3D a filamento: è economico, ha un workflow molto semplice e viene prodotto in molti colori, il che lo rende interessante per l'hobbistica e l'istruzione primaria e secondaria. Il PLA standard ha una resistenza al calore relativamente bassa, con una temperatura di distorsione termica di circa 50 °C a 0,45 MPa. Pertanto, molte aziende offrono materiali PLA con additivi che ne migliorano la resistenza al calore, così da soddisfare le esigenze di chi desidera mantenere la facilità di utilizzo pur riuscendo a stampare rapidamente e facilmente parti in PLA resistenti al calore. Inoltre, alcuni workflow raccomandano una fase di ricottura, che prevede un nuovo riscaldamento delle parti finite per cristallizzare ulteriormente le loro strutture e prevenire lo scorrimento o la deformazione lenta sotto sforzo.
Acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS)
L'ABS è il filamento per stampa 3D FDM più comune per l'ingegneria e altre applicazioni professionali. Consente di produrre parti robuste e resistenti agli urti. Con una temperatura di distorsione termica di 90 °C a 0,45 MPa, ha una migliore resistenza al calore rispetto ad altri tipi di filamento come PLA o PETG. Le parti in ABS sono ideali per le applicazioni di prototipazione rapida e l'istruzione; il costo ridotto e i workflow accessibili ne fanno una scelta popolare per le stampe rapide.
Policarbonato (PC)
I materiali in policarbonato, noti per il loro carico di rottura elevato e la resistenza alle alte temperature, sono in genere difficili da stampare in 3D perché si espandono quando sono esposti al calore e le parti stampate in 3D possono rompersi o funzionare male. Le aziende produttrici di stampanti 3D FDM spesso aggirano questo problema creando compositi di policarbonato con additivi che ne aumentano la capacità adesiva. Alcuni filamenti compositi di policarbonato resistenti alle alte temperature possono raggiungere una temperatura di distorsione termica fino a 110 °C-140 °C a 0,45 MPa, ma richiedono temperature elevate per il letto di stampa e l'ugello di estrusione, il che può limitare i tipi di stampante disponibili.
Polietere etere chetone (PEEK)
I filamenti in polietere etere chetone o compositi di polietere etere chetone offrono la massima resistenza al calore per la stampa 3D FDM. Questi filamenti, se combinati con un materiale come la fibra di carbonio, come nel caso del polietere etere chetone rinforzato con fibra di carbonio, possono raggiungere i 260 °C prima di deformarsi sotto sforzo, il che li rende ideali per la prototipazione rapida di connettori elettrici, prodotti per esterni o dime e fissaggi per applicazioni e processi di stampaggio. Questo materiale è altamente resistente alle sostanze chimiche e alla frizione e può essere sottoposto a lavorazione meccanica una volta solidificato dopo la stampa. Le proprietà di resistenza al calore del polietere etere chetone rendono difficile la fusione e l'estrusione e molti utenti riferiscono che è più difficile ottenere affidabilità e uniformità con questo materiale. I filamenti in polietere etere chetone sono compatibili solo con poche stampanti FDM industriali. Per garantire buoni risultati, le stampanti devono avere un estrusore che possa raggiungere i 400 °C, una camera di stampa che possa essere riscaldata a 120 °C e una piattaforma di stampa che possa riscaldarsi a 230 °C. Il polietere etere chetone è anche molto più costoso di altri filamenti.
ULTEM (PEI)
L'ULTEM è un altro nome del polietereimmide (PEI), una termoplastica ad alte prestazioni spesso utilizzata nella stampa 3D FDM grazie alla sua resistenza al calore e alla sua robustezza. Con una temperatura di distorsione termica di circa 150 °C a 0,45 MPa e un carico di rottura elevato, è un sostituto valido e meno costoso del polietere etere chetone in diverse applicazioni. L'ULTEM è più facile da stampare rispetto al polietere etere chetone, ma richiede comunque un estrusore ad alta temperatura (circa 360 °C) per ottenere buoni risultati, pertanto solo una gamma limitata di stampanti FDM è adatta a stampare con i filamenti di questo materiale.
| Materiale | Resistenza al calore | Ideale per |
|---|---|---|
| Acido polilattico (PLA) | 50 °C | Prototipi, dime, fissaggi e calibri rigidi e resistenti |
| ABS | 90 °C | Prototipazione di componenti elettronici di consumo resistente agli urti |
| PC | 140 °C | Parti resistenti, leggere e infrangibili per gli alloggiamenti |
| ULTEM | 150 °C | Dime, fissaggi, alloggiamenti e prototipi resistenti alle sostanze chimiche e alle alte temperature |
| PEEK | 260 °C | Prototipazione o test funzionale di connettori elettrici per ridurre al minimo la dilatazione termica, garantire la resistenza alle sostanze chimiche e promuovere una sigillatura efficace |
Nota: la resistenza alle alte temperature si riferisce alla temperatura di distorsione termica a 0,45 MPa per tutti i materiali.
Resine resistenti al calore per la stampa 3D SLA
Le stampanti 3D a resina, come quelle stereolitografiche (SLA), utilizzano un laser o un'altra fonte luminosa per polimerizzare, strato per strato, la plastica liquida contenuta in una vasca. Queste macchine offrono svariate opzioni per la stampa con materiali resistenti al calore.
Solitamente, le aziende che producono le stampanti 3D a resina realizzano anche i propri materiali, che risultano quindi più difficili da identificare e raggruppare rispetto ai filamenti resistenti al calore per la stampa 3D FDM. Molte resine standard per uso generico per la stampa 3D non hanno un'elevata resistenza al calore, ma i materiali speciali possono raggiungere la resistenza al calore più alta di tutti i processi di stampa 3D in plastica.
Pro e contro della stampa 3D a resina resistente al calore
La stampa 3D a resina può essere utilizzata per applicazioni con calore e pressione elevati. Gli stampi in Rigid 10K Resin rappresentano un'alternativa economica alla lavorazione meccanica degli stampi in alluminio per lo stampaggio a iniezione di volumi ridotti.
Le stampanti 3D a resina sono ideali per creare parti di alta qualità con finiture superficiali lisce, tolleranze ridotte e un'ampia gamma di proprietà dei materiali.
Poiché le stampanti a resina polimerizzano le plastiche liquide tramite una fonte luminosa, gli strati risultanti vengono chimicamente legati l'un l'altro in tutte le direzioni. Ciò significa che le parti hanno proprietà meccaniche isotropiche e, a differenza delle parti FDM, non sono soggette a separarsi lungo un asse specifico. Ciò significa che le parti realizzate con la stampa 3D a resina resistenti al calore possono essere utilizzate per sigillanti e guarnizioni, connettori elettrici che devono accoppiarsi con altri componenti o anche applicazioni nel settore automobilistico, aerospaziale ed energetico in cui le alte temperature sono la norma.
La SLA si presta bene anche alla creazione di parti con finiture superficiali lisce, poche linee degli strati o linee quasi invisibili e un elevato livello di precisione. Le resine resistenti al calore sono ideali per prototipi funzionali, supporti di produzione e parti per utilizzo finale in applicazioni di manutenzione e riparazione in cui l'ambiente di utilizzo finale potrebbe essere caldo.
Macchine per la stampa 3D a resina resistente al calore
Soluzioni complete come gli ecosistemi Form 3+ e Form 3L consentono di progettare, stampare e sottoporre a post-elaborazione parti resistenti al calore in poche ore. È possibile portare la stampa 3D di qualità industriale in-house, riducendo i costi e semplificando i workflow.
La disponibilità di materiali per la stampa 3D a resina dipende molto dal tipo di macchina. A differenza della stampa 3D FDM, per la quale sono disponibili i tipi di plastica più comuni per vari tipi di stampanti, le aziende specializzate in stampa SLA spesso formulano e producono i propri materiali brevettati.
Formlabs offre oltre 40 resine ad alte prestazioni per la sua linea di stampanti 3D a resina desktop e di grande formato con un'ampia gamma di proprietà dei materiali. Alcune resine sono specificamente progettate per la resistenza al calore, come l'High Temp Resin, mentre altre sono progettate per altre proprietà dei materiali, come il carico di rottura, ma raggiungono ugualmente una temperatura di distorsione termica elevata.
Introduzione alla stampa 3D stereolitografica (SLA)
Cerchi una stampante 3D in grado di produrre velocemente modelli 3D ad alta risoluzione? Scarica il nostro whitepaper per scoprire come funziona la stampa 3D SLA e perché è il processo più diffuso per creare parti incredibilmente dettagliate con un'accuratezza dimensionale elevata e una finitura superficiale superiore.
Resine resistenti al calore per la stampa 3D a confronto
La stampa 3D SLA permette di ottenere parti per utilizzo finale lisce, adatte a diversi ambienti. Formlabs ha sviluppato diverse resine resistenti alle alte temperature, progettate specificamente per la clientela che opera in ambienti estremi, oltre a creare alcune resine eccezionalmente robuste che sono anche resistenti al calore.
Quando si sceglie una stampante a resina per un workflow di stampa 3D resistente al calore, è importante definire quali proprietà meccaniche sono importanti oltre alla temperatura di distorsione termica. Ad esempio, se le parti verranno utilizzate in un ambiente operativo finale di 200 °C, questa è la prima proprietà meccanica da prendere in considerazione. Se l'ambiente operativo finale è di soli 150 °C, avrai più opzioni tra cui scegliere e potrai valutare la stampante in base ad altri materiali disponibili, alla finitura superficiale, alla facilità di utilizzo e al prezzo.
Clear Resin
La stampa a resina offre la possibilità unica di creare parti 3D veramente trasparenti. Materiale standard progettato per garantire stabilità e durata, la Clear Resin ha una resistenza al calore tale da poter essere utilizzata per applicazioni che richiedono temperature più elevate, come i condotti di aria calda o gas. La temperatura di distorsione termica di 73 °C a 0,45 MPa di questo materiale per uso generico è eccellente per la prototipazione funzionale. La Clear Resin può essere utilizzata per applicazioni di stampaggio a temperature più basse, come lo stampaggio del poliuretano, dato che le temperature dello stampo tendono a raggiungere solo circa 60 °C.
Tough 2000 Resin
La Tough 2000 Resin è ideale per la prototipazione di parti resistenti, rigide e robuste che non devono piegarsi facilmente. Può essere utilizzata per dime e fissaggi che richiedono una deflessione minima, grazie alla simulazione della resistenza e della rigidità dell'ABS.
High Temp Resin
L'High Temp Resin è ideale per le applicazioni soggette ad alte temperature che richiedono una finitura superficiale liscia e le proprietà ottimizzate delle resine SLA. Si tratta di una resina appositamente progettata per resistere al calore. La sua temperatura di distorsione termica di 238 °C a 0,45 MPa, la più alta tra le resine Formlabs, la rende ideale per applicazioni come la prototipazione funzionale di componenti elettronici di consumo, condutture di aria, gas e fluidi caldi, stampi e inserti resistenti a temperature elevate.
Flame Retardant Resin
La Flame Retardant Resin è un materiale SLA autoestinguente e privo di alogeni, con certificazione UL 94 V-0 e prestazioni ottimali contro fiamme, fumo e tossicità per la creazione di parti autoestinguenti. È ideale per stampare parti ritardanti di fiamma, rigide e resistenti a calore e scorrimento, in grado di offrire prestazioni eccezionali a lungo termine in ambienti chiusi e industriali con alte temperature o fonti di ignizione. Ha una temperatura di distorsione termica di 111 °C a 0,45 MPa.
Rigid 10K Resin
La Rigid 10K Resin è un materiale rinforzato con vetro, robusto, rigido e resistente alla deformazione quando sottoposto a diverse forze, pressioni e torsioni. Offre una resistenza al calore molto elevata, con una temperatura di distorsione termica di 238 °C a 0,45 MPa. È ideale per piccoli lotti di master e inserti per lo stampaggio a iniezione, modelli per test aerodinamici e dime, fissaggi e connettori esposti ai fluidi.
Silicone 40A Resin
La Silicone 40A Resin è la prima resina accessibile in silicone al 100% per la stampa 3D, che combina le prestazioni elevate del silicone e la libertà di design della stampa 3D per creare parti in silicone altamente funzionali con un'eccellente resistenza chimica e termica (fino a 125 °C). È possibile ottenere dettagli precisi di 0,3 mm e geometrie complesse che sarebbero difficili da realizzare con metodi di produzione tradizionali.
Alumina 4N Resin
L'Alumina 4N Resin è l'unica ceramica tecnica accessibile ad alte prestazioni, che consente nuove applicazioni di stampa 3D per ambienti estremi. Sebbene la stampa con questa resina richieda attrezzature aggiuntive per ottenere una vera combustione della ceramica, una volta completata, le parti in Alumina 4N Resin hanno una temperatura operativa massima di 1500 °C. L'utilizzo di questo materiale apre la strada a nuove applicazioni nella fusione industriale, nello stampaggio e persino in applicazioni specializzate come la gestione dei rifiuti nucleari e dei metalli liquidi.
| Materiale | Resistenza al calore | Ideale per |
|---|---|---|
| Clear Resin | 73 °C | Modelli concettuali e prototipi resistenti e precisi Fluidodinamica e stampaggio, elementi ottici, illuminazione e qualsiasi parte che deve risultare traslucida o i cui dettagli interni devono essere visibili |
| Tough 2000 Resin | 63 °C | Dime e fissaggi che richiedono distorsioni minime Prototipi robusti e rigidi Supporti di produzione Alloggiamenti e custodie |
| High Temp Resin | 238 °C | Prototipi per condutture di aria, gas e fluidi caldi Attacchi, alloggiamenti e fissaggi resistenti al calore Stampi e inserti |
| Flame Retardant Resin | 111 °C | Parti ritardanti di fiamma, rigide e resistenti a calore e scorrimento Parti interne di aerei, automobili e treni Componenti protettivi e interni per elettronica di consumo o dispositivi medici Dime, fissaggi e parti di ricambio personalizzati per ambienti industriali con alte temperature o fonti di ignizione |
| Rigid 10K Resin | 238 °C | Parti industriali precise che devono sopportare carichi significativi senza piegarsi Master e inserti per stampaggio a iniezione prodotti in piccoli lotti Modelli per test aerodinamici Dime, fissaggi e componenti resistenti al calore ed esposti ai fluidi |
| Silicone 40A Resin | 125 °C | Parti morbide, flessibili e resistenti Sigillanti, guarnizioni, gommini, connettori e ammortizzatori per il settore automobilistico, la robotica e la produzione Dispositivi indossabili, maniglie e pinze per prodotti di consumo Fissaggi flessibili, strumenti di mascheratura e stampi morbidi per la colata di uretano o resina |
| Alumina 4N Resin | 1500 °C | Componenti ad alta tensione: alloggiamenti, custodie per connettori e coperchi protettivi, morsettiere Protezioni termiche: isolanti per candele, attacchi elettrici, alloggiamenti isolanti o tubi Strumenti di fonderia per la fusione dei metalli: nuclei, crogioli, punti di iniezione, canali di colata, strumenti di miscelazione, guaine per termocoppie, filtri in metallo |
Nota: le proprietà di resistenza al calore variano in quanto nessun parametro è applicabile a tutti i materiali. La tabella mostra la stabilità termica della Silicone 40A Resin, la temperatura massima di lavoro dell'Alumina 4N Resin e la temperatura di distorsione termica a 0,45 MPa di tutti gli altri materiali.
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Polveri resistenti al calore per la stampa 3D SLS
Il termine sinterizzazione laser selettiva (SLS) si riferisce al processo di stampa 3D a fusione su letto di polvere, in cui un laser fonde particelle di polvere strato per strato. Il materiale non utilizzato sostiene le parti durante la stampa, permettendo di creare parti complesse e design interconnessi senza bisogno di alcuna struttura di supporto.
Proprio come avviene per la stampa 3D FDM, anche per quella SLS le aziende produttrici offrono ai team di ingegneria polveri che sono già di uso comune, come nylon, polipropilene e TPU. Tutti i materiali SLS sono resistenti al calore e offrono alcune delle migliori proprietà dei materiali di tutte le soluzioni di stampa 3D della plastica.
Pro e contro della stampa 3D con polveri resistenti al calore
Le stampanti 3D SLS sono ideali per la produzione di parti per utilizzo finale di qualità, dotate della stessa resistenza e robustezza dei prodotti stampati a iniezione. La natura autoportante del letto di polvere consente di stampare parti senza l'ausilio di supporti, il che riduce i tempi di post-elaborazione e permette di creare forme difficili da realizzare con la stampa SLA o FDM.
Gli ecosistemi SLS sono spesso in grado di riciclare la polvere, consentendo di ottenere una maggiore efficienza e un costo per parte ridotto. Le stampanti SLS hanno spesso volumi di stampa più grandi rispetto ad altre tecnologie e la natura autoportante di questo sistema permette di stampare lotti più grandi, il che rende possibile la realizzazione di volumi di produzione medio-bassi. L'elevato calore utilizzato per la sinterizzazione dei materiali SLS fa sì che le parti finite possano raggiungere un'elevata resistenza alle alte temperature.
Le stampanti SLS tendono a essere più costose rispetto a quelle FDM o SLA. Tuttavia, soluzioni come la serie Fuse di Formlabs consentono la produzione in-house di parti SLS a un prezzo accessibile. Inoltre, le parti stampate tramite SLS presentano una finitura superficiale leggermente ruvida, che tuttavia può essere facilmente migliorata grazie alle soluzioni di post-elaborazione.
Macchine per la stampa 3D SLS resistente al calore
La stampante 3D SLS della serie Fuse è una macchina accessibile e conveniente per produrre parti SLS resistenti al calore in materiali standard del settore come nylon 12 e TPU.
Le polveri per la stampa 3D SLS sono naturalmente resistenti al calore, quindi le opzioni per la scelta di una stampante SLS non sono troppo limitate se l'applicazione richiede una temperatura di distorsione termica più elevata. Il materiale più diffuso per la stampa 3D SLS è il nylon, mentre la maggior parte delle aziende produttrici di stampanti 3D SLS offre una gamma di polveri termoplastiche già note. Poiché i materiali sono spesso comuni a tutte le aziende produttrici, sono altre le caratteristiche che influenzano la scelta tra le varie marche di stampanti 3D SLS, ad esempio volume di stampa, prezzo, workflow e requisiti infrastrutturali.
La serie Fuse di Formlabs ha introdotto una soluzione accessibile, economica e da banco per la prototipazione di alta qualità e la produzione per utilizzo finale. Grazie alla gamma di polveri di qualità industriale disponibili, come nylon 12, nylon 11, composti di nylon, TPU e polipropilene, offre numerose opzioni per la produzione di parti resistenti al calore.
Introduzione alla stampa 3D tramite sinterizzazione laser selettiva (SLS)
Stai cercando una stampante 3D per creare parti robuste e funzionali? Scarica il nostro whitepaper per scoprire come funziona la stampa 3D SLS e perché è un processo molto diffuso per la prototipazione funzionale e la produzione per utilizzo finale.
Polveri SLS resistenti al calore a confronto
Data la loro temperatura di distorsione termica di 188 °C a 0,45 MPa, le parti in Nylon 11 CF Powder sono un'alternativa valida al metallo per parti sostitutive e di ricambio, attrezzature resistenti agli urti, dime, fissaggi e prototipi funzionali in materiale composito.
Il materiale più comune per la sinterizzazione laser selettiva è il nylon, una termoplastica ingegneristica dalle prestazioni elevate resistente a raggi UV, luce, calore, umidità, solventi, temperature e acqua. È ideale per assemblaggi complessi e parti durevoli dall'elevata stabilità ambientale. È disponibile in molte varianti e forme composite, ciascuna su misura per applicazioni specifiche. Altri materiali SLS comuni sono il polipropilene (PP) duttile e il TPU flessibile, entrambi con buone proprietà di resistenza al calore.
Nylon 12 Powder
Grazie all'equilibrio tra resistenza e precisione, la Nylon 12 Powder è un materiale estremamente versatile, adatto sia alla realizzazione di prototipi funzionali, sia alla produzione di assemblaggi complessi e parti per utilizzo finale resistenti e con un'elevata stabilità ambientale. Offre una temperatura di distorsione termica di 171 °C a 0,45 MPa, che la rende uno dei migliori materiali per uso generico per le applicazioni soggette ad alte temperature.
Nylon 12 GF Powder
La Nylon 12 GF Powder è un materiale rinforzato con vetro con elevata rigidità e resistenza al calore, adatto a sopportare condizioni di produzione impegnative. Ideale per applicazioni in cui rigidità strutturale e stabilità termica sono fondamentali, come prototipi funzionali ad alte prestazioni o parti robuste per utilizzo finale che devono mantenere a lungo l'accuratezza dimensionale.
Nylon 11 Powder
La Nylon 11 Powder è un materiale duttile e robusto con una temperatura di distorsione termica di 182 °C a 0,45 MPa. È adatta alla stampa 3D di parti resistenti al calore che devono piegarsi o subire urti, alla prototipazione funzionale e alla produzione di piccoli lotti.
Nylon 11 CF Powder
La Nylon 11 CF Powder è una polvere rinforzata con fibra di carbonio ideale per realizzare parti rigide, robuste e leggere, in grado di resistere al calore a lungo termine. Ha una temperatura di distorsione termica di 188 °C a 0,45 MPa, che la rende la polvere SLS di Formlabs più resistente alle alte temperature. È ideale per le applicazioni con temperature elevate che richiedono rigidità e resistenza, come ad esempio le alternative al metallo per parti sostitutive e di ricambio.
Polypropylene Powder
La Polypropylene Powder offre un'elevata duttilità, così da ottenere parti resistenti in vero polipropilene che possono essere flesse e piegate ripetutamente, e non richiede il controllo dell'atmosfera inerte. Data la sua temperatura di distorsione termica di 113 °C a 0,45 MPa, ha una resistenza al calore leggermente inferiore rispetto al nylon, ma è in grado comunque di produrre prototipi funzionali e parti per utilizzo finale resistenti alle sostanze chimiche, saldabili e impermeabili.
TPU 90A Powder
Le stampanti 3D SLS permettono anche di creare parti in poliuretano termoplastico (TPU) flessibili con una libertà di design e una semplicità senza paragoni. La TPU 90A Powder combina resistenza alle alte temperature, elevato allungamento a rottura e straordinaria resistenza alla lacerazione delle gomme con la versatilità della stampa 3D SLS. È ideale per produrre prototipi flessibili e sicuri per il contatto con la pelle, nonché parti per utilizzo finale che resistono all'uso quotidiano.
| Materiale | Resistenza al calore | Ideale per | |
|---|---|---|---|
| Nylon 12 Powder | 171 °C | Prototipi ad alte prestazioni Produzione in lotti di piccole dimensioni Dime, fissaggi e attrezzature permanenti | |
| Nylon 12 GF Powder | 170 °C | Parti sostitutive, dime e fissaggi robusti Alloggiamenti e attrezzature in piccoli lotti Parti destinate a sopportare carichi sostenuti Applicazioni a temperature elevate | |
| Nylon 11 Powder | 182 °C | Prototipi, dime e fissaggi resistenti agli urti Moschettoni, ganci e cerniere Dotti e alloggiamenti con pareti sottili Plantari e protesi | |
| Nylon 11 CF Powder | 188 °C | Parti sostitutive e di ricambio alternative alle parti in metallo Attrezzature resistenti agli urti Attrezzature, dime e fissaggi Prototipi funzionali in materiale composito | |
| Polypropylene Powder | 113 °C | Prototipi di imballaggi, alloggiamenti impermeabili, scocche Componenti interni di veicoli Plantari e protesi Strumenti, dime e fissaggi robusti e resistenti alle sostanze chimiche | |
| TPU 90A Powder | 94,3 °C | Dispositivi indossabili, plantari, protesi, guarnizioni, sigillanti, nastri, prese, tubi, imbottiture, smorzatori |
Nota: le proprietà di resistenza al calore variano in quanto nessun parametro è applicabile a tutti i materiali. La tabella mostra la temperatura di rammollimento Vicat per la TPU 90A Powder e la temperatura di distorsione termica a 0,45 MPa per tutti gli altri materiali.
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Stampa 3D in metallo
La stampa 3D in metallo ha guadagnato popolarità grazie alla maggiore accessibilità delle stampanti, ma è ancora proibitiva per la maggior parte delle aziende.
La stampa 3D in metallo è ancora poco accessibile, ma sta iniziando a diventare una possibilità per i team di produzione, ingegneria e design di prodotto. Questa tecnica permette di usare diversi materiali con una resistenza alle alte temperature superiore ai 1000 °C.
Pro e contro della stampa 3D con metalli resistenti al calore
La stampa 3D in metallo è apprezzata per la sua capacità di combinare stabilità e resistenza al calore delle parti in metallo con la libertà di design della stampa 3D. Le parti stampate in 3D sono molto richieste nel settore aerospaziale e automobilistico, dove l'alleggerimento delle parti attraverso il design generativo può garantire prestazioni elevate rimuovendo peso, cosa che non sarebbe possibile con i tradizionali metodi di lavorazione meccanica del metallo.
L'elevata potenza richiesta per manipolare, fondere e/o estrudere metalli o materiali compositi in metallo rende queste stampanti spesso estremamente costose: un modello base può arrivare a costare più di 80 000 €. I leader del settore della stampa 3D in metallo offrono macchine generalmente vendute a partire da mezzo milione di euro, che richiedono un'ampia infrastruttura per supportare i loro processi di stampa, come stanze separate e personale dedicato.
Macchine per la stampa 3D in metallo resistente al calore
Il numero di aziende produttrici di stampanti 3D in metallo è inferiore rispetto a quello delle stampanti per plastica, ma sta crescendo rapidamente grazie alla crescente domanda di workflow che uniscano la resistenza e i materiali metallici tipici del settore con le capacità di design della stampa 3D.
Queste aziende si concentrano principalmente su due tecnologie: estrusione e fusione su letto di polvere. Le stampanti FDM per metalli lavorano in modo simile alle tradizionali stampanti FDM, ma usano aste metalliche estruse tenute insieme da un agente legante polimerico. Le parti allo stato grezzo vengono pulite e sinterizzate in un forno di cottura per rimuovere l'agente legante. Le stampanti 3D a fusione laser selettiva (SLM) e a sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS) funzionano in modo simile a quelle SLS, ma invece di fondere le polveri polimeriche, fondono le particelle di metallo strato per strato utilizzando un laser.
Metalli popolari resistenti al calore per la stampa 3D
I materiali per la stampa 3D in metallo sono ben noti alle aziende produttrici e l'idea di combinare i metalli standard del settore con la libertà di design della stampa 3D entusiasma molti utenti.
Un vantaggio della stampa 3D in metallo è la familiarità dei materiali. Che si tratti di barre fuse e assemblate o di polveri sinterizzate per creare forme, metalli come l'acciaio e l'alluminio sono facilmente riconoscibili e noti dai potenziali utenti della tecnologia. I materiali più popolari sono gli stessi che già si utilizzano nel settore aerospaziale, automobilistico, industriale, agricolo e dei servizi.
Titanio
Il titanio è un metallo con un'elevata resistenza alle alte temperature ed è una delle leghe più utilizzate nella stampa 3D. È resistente alla corrosione e ha un peso ridotto in rapporto alla sua resistenza.
Acciaio inossidabile
L'acciaio inossidabile è un materiale ampiamente conosciuto e impiegato in numerose applicazioni, particolarmente nei settori dell'architettura, del design, automobilistico e aerospaziale. La stampa 3D in acciaio inossidabile può essere utile per la realizzazione di parti di ricambio uniche in ambiti come la produzione, dove i metodi tradizionali potrebbero richiedere settimane, o in contesti remoti, come sulle navi militari, dove è possibile stampare componenti direttamente in mare. Il punto di fusione dell'acciaio inossidabile varia in base all'esatta formulazione del materiale, che è un composito, ma oscilla tra i 1370 °C e i 1530 °C.
Alluminio
L'alluminio è un materiale popolare per parti leggere a bassa densità. Con un punto di fusione di 660 °C, rientra nella fascia più bassa della resistenza al calore tra i materiali metallici per la stampa 3D.
| Materiale | Resistenza al calore | Ideale per |
|---|---|---|
| Titanio | 1668 °C | Fissaggi, dime e alloggiamenti per utilizzo finale resistenti alla corrosione |
| Acciaio inossidabile | Da 1370 °C a 1530 °C | Produzione su richiesta di parti per il settore aerospaziale, navale e produttivo |
| Alluminio | 660 °C | Parti leggere, pale per turbine, componenti per droni |
Nota: la resistenza al calore si riferisce al punto di fusione di tutti i materiali.
Resistenza al calore nella stampa 3D
Con l'aumento dell'adozione della tecnologia di stampa 3D in settori come l'ingegneria aerospaziale e la produzione automobilistica, i materiali resistenti al calore sono sempre più richiesti. La flessibilità geometrica, la libertà di design e i cicli di iterazione rapida delle parti stampate in 3D permettono alle aziende di ridurre i costi e spingere oltre i limiti le prestazioni delle parti.
I processi di stampa 3D in plastica e metallo offrono un'ampia gamma di materiali resistenti al calore: alcuni sono già noti, come il nylon e le polveri metalliche come l'alluminio o il titanio, mentre altri sono unici nel mondo della stampa 3D. Ogni tecnologia e materiale ha vantaggi specifici e alcuni sono più adatti a determinate applicazioni.
Per scoprire di più sulla tecnologia di stampa 3D e sul materiale più adatto alla tua applicazione, contatta i nostri esperti. Per esplorare la gamma di materiali resistenti al calore di Formlabs, visita il nostro catalogo dei materiali.
