TPE vs. TPU: Differenze e confronto

La tecnologia di stampa 3D costruisce prodotti utilizzando un'ampia varietà di materiali, tra cui due materiali molto diffusi: gli elastomeri termoplastici (TPE) e il poliuretano termoplastico. Entrambi i materiali hanno prezzi ragionevoli e molte qualità simili.

TPE è l'acronimo di Thermoplastic Elastomer, una combinazione di gomma e plastica con proprietà sia termoplastiche che elastomeriche. Il TPU, poliuretano termoplastico, è un altro versatile derivato del TPE. Entrambi i filamenti 3D producono parti flessibili, resistenti agli urti, ai raggi UV, all'acqua e ragionevolmente resistenti agli agenti chimici.

Gli elastomeri termoplastici (TPE) sono più flessibili e più morbidi al tatto. Anche i poliuretani termoplastici (TPU) sono flessibili, ma anche più rigidi. I TPE sono disponibili in commercio da molto più tempo, ma sono relativamente nuovi nel settore della stampa 3D. I TPE sono meno costosi, hanno una maggiore disponibilità e sono ideali per prodotti più leggeri e flessibili. Il TPU è preferito per applicazioni più durevoli e robuste. In confronto, i TPU richiedono uno sforzo minore per la stampa 3D, mentre i TPE sono leggermente meno costosi.

Oltre al TPU, le varianti del TPE includono altri materiali flessibili, tra cui la poliammide termoplastica (TPA) e il copoliestere termoplastico (TPC). Il TPE è utilizzato in diverse applicazioni, come parti di automobili, giocattoli, dispositivi medici e prodotti di consumo, come scarpe sportive ed elettronica. Il TPE è disponibile per la stampa FDM (Fused Deposition Modeling) come filamento e per le stampanti SLS come polvere.

Le caratteristiche del materiale TPE sono elencate di seguito:

• Buona resistenza agli urti
• Morbido e flessibile
• Buona resistenza allo strappo e all'abrasione
• Eccellente resistenza alla fatica
• Buone proprietà di isolamento elettrico
• Eccellente smorzamento delle vibrazioni
• Buona resistenza agli agenti chimici e ai raggi UV 
• Resistenza alle basse e alte temperature (da -30 a +140 °C)
• Riciclabile
• Il materiale morbido crea problemi di estrusione
• Il filamento può deformarsi durante l'estrusione
• Il filamento è igroscopico e deve essere conservato in modo appropriato.

I vantaggi del TPE rispetto al TPU sono i seguenti:

• Il TPU è più morbido e flessibile
• Molti TPE possono essere facilmente riciclati
• Il TPE è meno costoso
• Il TPE è disponibile e utilizzato nei prodotti fin dagli anni '50.
• Il TPE può essere stampato come strato intermedio che funge da stabilizzatore flessibile.

Gli svantaggi del TPE rispetto al TPU sono elencati di seguito:

• Il TPE è più sensibile alla temperatura rispetto al TPU
• I TPE non sono così facili da stampare come i TPU
• La rilavorazione è comune con i prodotti stampati su TPE

I poliuretani termoplastici (TPU) sono un derivato del TPE. Si tratta di un materiale consolidato, ma relativamente nuovo per la stampa 3D. Il TPU viene utilizzato nelle stampanti FDM (Fused Deposition Modeling) come filamento e nelle stampanti SLS (Selective Laser Sintering) come polvere. Esiste un'ampia varietà di colori e i materiali possono personalizzare la durezza da morbida a solida. Il TPU viene utilizzato nei settori aerospaziale, automobilistico (ad esempio, pannelli degli strumenti), medico, delle cinture industriali e dei prodotti commerciali, compresi gli articoli sportivi e le custodie protettive. 

Le caratteristiche del materiale TPU sono le seguenti:

• Facile da stampare
• Buona resistenza agli urti
• Buona resistenza chimica
• Elevata resistenza al calore
• Elevata resistenza allo strappo e all'abrasione
• Elevata elasticità
• La resistenza ai raggi UV è meno che desiderabile
• Le basse temperature di stampa producono una scarsa adesione dello strato
• Le alte temperature di stampa provocano l'incordatura

I vantaggi del TPU rispetto al TPE sono i seguenti:

• In generale, il TPU ha una finitura liscia rispetto a quella gommosa del TPE.
• Il TPU si comporta meglio a basse temperature e conserva la sua elasticità meglio del TPE.
• Il TPU ha un maggior grado di resistenza chimica
• Il TPU mantiene le sue dimensioni meglio del TPE ed è meno incline al ritiro
• Il TPU dura più a lungo grazie alla sua resistenza all'abrasione.

Gli svantaggi del TPU, rispetto al TPE, sono i seguenti:

• Il TPU assorbe l'umidità (igroscopico).
• A causa delle sue caratteristiche prestazionali, la post-lavorazione può essere problematica.

Caratteristiche simili includono:

• Resistenza agli urti
• Resistenza al calore
• Impermeabilità
• Elasticità
• Eccellente selezione dei colori
• Velocità di stampa simili

L'alternativa al TPE e al TPU è il copoliestere termoplastico (TPC). Il TPC è difficile da ottenere per gli hobbisti ed è considerato un materiale di grado ingegneristico. Il TPC è un elastomero termoplastico spesso utilizzato per soffietti e stent medici.

Le caratteristiche del materiale TPC includono le seguenti:

• Buona elasticità
• Elevata resistenza
• Resistenza alle alte temperature
• Buona stabilità termica
• Buona resistenza chimica
• Eccellente resistenza ai raggi UV
• Sconsigliato per applicazioni altamente flessibili

Il TPC condivide molte delle stesse caratteristiche del TPE e del TPU. Essi comprendono:

• Elastomeri termoplastici
• Eccellente trasparenza e colorabilità
• Le velocità di stampa sono simili

Oltre al TPC, esistono altri materiali da confrontare con il TPE e il TPU:

TPE:
Elastomeri siliconici - Questi materiali hanno un'eccellente stabilità termica, proprietà dielettriche, resistenza al taglio, elevata compressione, resistenza ai raggi UV e all'ossidazione.
Stirene termoplastico (TPS) - Il TPS ha migliori proprietà antiscivolo ed è meno igroscopico.
TPU:
Acido polilattico (PLA) - Il PLA è un poliestere termoplastico molto diffuso nella stampa 3D perché è più facile da stampare rispetto al TPU.
Polyether Block Amide (PEBA) - Il PEBA è un filamento polimerico flessibile con eccellenti caratteristiche di elasticità e flessibilità.

Attualmente la gomma non è stampabile in 3D, quindi per la stampa 3D si utilizzano materiali alternativi come il TPE e il TPU. Sia il TPE che il TPU sono materiali 3D comunemente utilizzati. In sintesi:

• Il TPE è il migliore per i prodotti flessibili
• Il TPU è il migliore per i prodotti resistenti ai graffi e alle abrasioni.
• Il TPE ha una finitura simile alla gomma
• Il TPU ha una finitura più liscia
• Il TPE è difficile da stampare per modelli dimensionalmente accurati.
• Il TPU è più rigido e preciso dal punto di vista dimensionale
• Sia il TPE che il TPU offrono una buona resistenza al calore
• Il TPE non è tossico, ma rilascia un leggero odore.
• Anche il TPU non è tossico, ma rilascia fumi nocivi durante la stampa, e fumi dannosi se viene bruciato o sottoposto a determinate sostanze chimiche
• Sia il TPE che il TPU stampano all'incirca alla stessa velocità
• Sia il TPE che il TPU sono ecologici e biodegradabili in 3-5 anni.
• Sia il TPE che il TPU hanno costi simili