Quali sono i materiali più comuni utilizzati per la stampa 3D?

Come forma di fabbricazione additiva, la stampa 3D è un processo altamente versatile che offre a ingegneri e progettisti un elevato grado di controllo sulla struttura, le caratteristiche e la resistenza dei loro prodotti. Inoltre, questi vantaggi della stampa 3D possono essere realizzati molto più rapidamente e con un numero di passaggi molto inferiore rispetto a molti metodi di produzione tradizionali.

Quando si considerano i vantaggi della stampa 3D e la sua sorprendente versatilità, ci si chiede spesso quali tipi di materiali siano alla base di questi processi additivi. La verità è che esistono molti tipi diversi di materiali per la stampa 3D, ognuno dei quali ha punti di forza e di debolezza diversi. Oltre agli aspetti funzionali dei diversi materiali di stampa 3D, anche il costo è un fattore molto importante per molti ingegneri di prodotto. In questo articolo analizziamo più da vicino alcuni dei materiali di stampa 3D più comuni, comprese le loro diverse proprietà, le considerazioni sui costi e le applicazioni.

Tra i diversi materiali utilizzati per la stampa 3D, la plastica è il più comune. La plastica è molto versatile: viene utilizzata per qualsiasi cosa, dagli elettrodomestici stampati in 3D ai giocattoli. Il materiale di stampa 3D in plastica è disponibile in diversi colori e può anche essere trasparente. I filamenti di stampa 3D in plastica sono solitamente venduti in bobine con una texture lucida o opaca.

La plastica è un materiale di stampa 3D molto apprezzato per le sue numerose proprietà, tra cui la flessibilità, la compattezza, la scorrevolezza e la varietà di opzioni di colore. Inoltre, il materiale plastico per la stampa 3D è conveniente rispetto ad altri materiali. Il metodo di stampa 3D più comune che utilizza il materiale plastico è la modellazione a deposizione fusa (FDM). Nella stampa 3D FDM, i filamenti termoplastici vengono fusi e modellati uno strato alla volta. I tipi di plastica più comuni utilizzati nella stampa 3D FDM sono:

• L'acido polilattico, comunemente chiamato PLA, è una plastica ecologica spesso ricavata dall'amido di mais o dalla canna da zucchero, che la rende biodegradabile. Il PLA è disponibile in forme sia dure che morbide e la sua diffusione nella stampa 3D continua a crescere. Come suggerisce il nome, il PLA duro è più resistente di quello morbido, il che lo rende una plastica più versatile per un'ampia gamma di applicazioni.
• L'acrilonitrile butadiene stirene, comunemente chiamato ABS, si distingue per la sua resistenza e la sua convenienza. I filamenti ABS sono solidi, ma anche sorprendentemente flessibili. Inoltre, questa plastica è disponibile in una varietà di colori, il che la rende ideale per applicazioni come i giocattoli. Inoltre, l'ABS è sempre più richiesto per lavori artigianali come la gioielleria e la decorazione della casa.

Il metallo

Dopo la plastica, il materiale più diffuso per la stampa 3D è il metallo. Utilizzando un processo chiamato sinterizzazione laser diretta del metallo (DMLS), il materiale metallico viene stampato in 3D per una varietà di applicazioni, come le parti aerospaziali, per le quali si avverte sempre più l'esigenza di un processo di produzione rapido, di un peso ridotto e di una semplificazione generale del processo di produzione. Inoltre, la stampa 3D DMLS con il metallo sta crescendo di popolarità anche nelle applicazioni di gioielleria, perché i prodotti possono essere realizzati molto più velocemente e in volumi maggiori, senza il noioso lavoro manuale di esecuzione di dettagli intricati.

L'uso del metallo nella stampa 3D consente di ottenere parti più resistenti per un'ampia varietà di applicazioni e diversi tipi di metallo, tra cui:

• Acciaio inossidabile: Utilizzato per molte applicazioni, tra cui pentole, utensili e altri oggetti domestici resistenti alla corrosione.
• Alluminio: Ottimo per parti metalliche sottili.
• Titanio: ideale per le parti che richiedono una maggiore resistenza.
• Bronzo: utilizzato per decorazioni e impianti esteticamente gradevoli.
• Oro: Utilizzato per gioielli come orecchini, anelli, bracciali e collane.

Durante la stampa 3D DMLS, la polvere di metallo viene riscaldata in modo che si indurisca. In questo modo non è necessaria la fusione, ma la polvere di metallo viene modellata nella stampante in un pezzo formato. Dopo la stampa, le parti DMLS possono essere elettrolucidate per migliorare la finitura superficiale.

Grafene

Uno dei materiali per la stampa 3D che sta diventando sempre più comune è il grafene. Il grafene è molto apprezzato per la sua conduttività, flessibilità e resistenza. Di conseguenza, questo materiale di stampa 3D è un'ottima soluzione per le parti di dispositivi elettronici che devono essere flessibili, come gli schermi tattili. Inoltre, il grafene viene utilizzato per materiali da costruzione e pannelli solari. Inoltre, il grafene è leggero senza compromettere la sua forza e versatilità, il che lo rende applicabile in un'ampia gamma di settori.

Materiali compositi

Altri materiali comuni per la stampa 3D sono i materiali compositi. I materiali compositi per la stampa 3D sono disponibili in varie forme, tra cui filamenti e polveri. Questi materiali sono desiderabili per i loro alti livelli di resistenza e stabilità, oltre che per il loro rapporto ottimale forza-peso. Le fibre composite sono molto leggere, il che significa che possono conferire grande forza a un pezzo senza aumentarne la massa. I materiali compositi di grado ingegneristico per la stampa 3D sono utilizzati anche come sostituti dei materiali metallici.

I materiali di base più comuni utilizzati per i compositi sono il PLA e l'ABS, entrambi piuttosto convenienti. All'altro estremo dello spettro dei costi, i polimeri ad alte prestazioni come il PEEK sono utilizzati come materiale di base per i compositi. Quando si tratta di stampa 3D a sinterizzazione laser selettiva (SLS), il nylon è il materiale di base utilizzato per le polveri composite.

Per quanto riguarda i materiali di rinforzo aggiunti ai compositi, le fibre di carbonio sono le più utilizzate per la loro resistenza superiore. La fibra di carbonio è un tipo di materiale composito utilizzato nella stampa 3D come rivestimento esterno dei materiali plastici. Questi rivestimenti esterni in fibra di carbonio rendono la plastica più resistente. Questa potente combinazione di materiali viene sfruttata come alternativa più conveniente alle parti in metallo, con conseguenti tempi di consegna più brevi. Oltre alle fibre di carbonio, altri materiali di rinforzo possono essere il grafene, la fibra di vetro e il kevlar.