Esplorare Il Mondo Dei Materiali Di Stampa 3D Ad Alta Temperatura
Negli ultimi 2-3 anni c’è stato un notevole aumento della stampa 3D ad alta temperatura, ma quali sono i materiali per questo tipo di stampa?
Per molti anni la maggior parte della stampa 3D termoplastica è stata limitata a un piccolo sottoinsieme di termoplastici, principalmente PLA e ABS, con un po ‘di PETG. Questo è ancora il caso della maggior parte delle apparecchiature desktop, ma sono stati sviluppati molti dispositivi commerciali in grado di gestire materiali a temperature molto più elevate.
I materiali a temperature più elevate sono estremamente utili perché possono essere applicati in più ambienti. Prendi in considerazione una parte in plastica di un motore di un’automobile: si ammorbidirebbe o addirittura si scioglierebbe se esposto a temperature sufficientemente elevate. Ma se fosse realizzato con un materiale con una resistenza al calore maggiore, potrebbe essere utilizzabile.
Ciò è auspicabile perché le parti in plastica sono spesso più leggere delle loro controparti metalliche, il che è vantaggioso in molti modi, in particolare nei settori automobilistico e aerospaziale. Quindi c’è stato un po ‘di fretta verso queste parti stampate in 3D ad alta temperatura.
Le stampanti 3D desktop in stile aperto sono del tutto inadeguate per la stampa 3D di materiali ad alta temperatura poiché il calore richiesto deve certamente essere racchiuso e controllato con precisione. Di recente sono emersi diversi produttori di stampanti 3D che si concentrano specificamente su questo tipo di macchina e materiale, tra cui Roboze, INTAMSYS, Minifactory e altri. Alcuni produttori tradizionali, come Stratasys, offrono anche opzioni di materiali termoplastici ad alta temperatura.
Ma quali sono questi materiali? Quali sono le loro proprietà e come possono essere utilizzate nella stampa 3D?
PEEK
Nome chimico “polietere etere chetone”, questo polimero fa effettivamente parte della famiglia PAEK e apparentemente è stato inventato da Victrex nel Regno Unito negli anni ’80. È diventato uno dei materiali di stampa 3D ad alta temperatura più popolari in quanto fornisce una notevole robustezza e quindi viene spesso utilizzato per applicazioni ad alto stress.
PEKK
Nome chimico “Polyetherketoneketone”, questo materiale di stampa 3D emergente sta diventando sempre più popolare. PEKK è abbastanza simile a PEEK in più di un semplice nome, poiché condividono molte proprietà comuni. Tuttavia, PEKK è in grado di resistere a una forza di compressione molto maggiore. Inoltre tende ad avere un livello di resistenza al calore leggermente superiore rispetto al PEEK.
PEI
Nome chimico “Polyetherimide”, e anche trovato sotto il nome commerciale “ULTEM”, un marchio di SABIC. È stato uno dei primi materiali di stampa 3D ad alta temperatura, offerto da Stratasys come opzione di materiale sulla loro attrezzatura Fortus. Sebbene meno costoso di PEEK, ha anche una resistenza termica e resistenza un po ‘meno. È spesso usato nelle applicazioni aerospaziali.
PPSU / PPSF
Nome chimico “polifenilsolfone”. Questo materiale offre alta resistenza e resistenza chimica. Una proprietà unica è che non ha alcun punto di fusione, secondo Wikipedia, che afferma che ciò è dovuto alla sua struttura interna amorfa. Diverse aziende offrono questa opzione materiale, tra cui Stratasys.
PAEK
Nome chimico “Polyaryletherketone”. Questo materiale è relativamente nuovo nello spazio di stampa 3D ad alta temperatura, ma ha una resistenza alle temperature estremamente elevata fino a 350 ° C e ha meno emissioni di tossine quando viene bruciato rispetto ad altri materiali ad alta temperatura. Ciò consente di utilizzarlo in applicazioni in cui può verificarsi l’esposizione umana.
PC
Il policarbonato si riferisce a una classe di polimeri che integrano il carbonato nella loro struttura. Il PC è un materiale molto popolare in quanto offre una grande durata, oltre a un’altissima resistenza agli urti e ai graffi. Come tale, viene comunemente utilizzato nei prodotti di consumo.
PA
Le poliammidi sono un materiale di stampa 3D molto comune, sebbene possa essere difficile giustificarle come materiale ad alta temperatura poiché alcuni hanno temperature di transizione vetrosa relativamente basse rispetto ad altri materiali in questo elenco. Esistono diverse specie di PA, generalmente indicate da un numero: PA-6, PA-11, PA-12, PA-66, ecc. Vengono anche denominate “calze di nylon”.
PVDF
Nome chimico “fluoruro di polivinilidene”. Questo è un materiale nuovissimo per la stampa 3D, attualmente supportato solo da alcuni produttori di stampanti 3D, tra cui Minifactory. L’affermazione principale del PVDF è che è quasi completamente non reattivo ad altri materiali, rendendolo quindi adatto per applicazioni specifiche in cui è richiesta l’esposizione, comprese le applicazioni biomediche.
TPI
La poliimmide termoplastica sembra essere solo nella fase di ricerca della stampa 3D, dove guardiamo a un documento del 2018 in cui i ricercatori hanno testato la possibilità di stampare in 3D con TPI. Hanno trovato che la temperatura di estrusione ottimale per TPI era di 335 ° C, qualificandola per questo elenco. TPI offre resistenza all’abrasione, resistenza alle alte temperature e durata a lungo termine. Potrebbe diventare un altro materiale per la stampa 3D in futuro.
Variazioni del materiale di stampa 3D ad alta temperatura
L’elenco sopra include i materiali di base, ma troverai una selezione molto più ampia sul mercato semplicemente a causa delle variazioni.
Ad esempio, SABIC offre oltre 100 gradi unici di ULTEM , ognuno con proprietà leggermente diverse. Alcuni sono chimicamente diversi, mentre altri sono materiali compositi, in cui sostanze diverse vengono mescolate con il polimero.
Tipiche variazioni composite dei materiali di cui sopra possono includere l’aggiunta di fibra di vetro per rafforzare le stampe. Un altro additivo composito molto popolare sono i segmenti in fibra di carbonio che, sebbene tritati, offrono ancora un vantaggio di resistenza significativo rispetto al solo polimero.
Alcune varianti offrono proprietà insolite, come il rating ESD. Questi materiali sono in grado di prevenire scariche elettrostatiche, il che consente il loro utilizzo in specifiche situazioni infiammabili che coinvolgono.
Mentre la scelta dei materiali è fatta in base ai requisiti dell’applicazione, c’è un’altra scelta da fare: materiali di supporto. Per molte stampe 3D sporgenze potrebbero richiedere supporti. Sfortunatamente, molti dei materiali di supporto più comunemente usati non sono validi per la stampa 3D ad alta temperatura poiché le temperature della camera saranno molto più alte dei loro punti di fusione. Pertanto sono disponibili alcuni materiali di supporto specifici per applicazioni ad alta temperatura.
Infine, c’è la possibilità di materiali termoindurenti ad alta temperatura. A differenza dei materiali termoplastici utilizzati nella stampa 3D a base di estrusione che possono essere ripetutamente ammorbiditi e induriti, i termoindurenti si induriscono esattamente una volta. Alcune varianti di miscele termoindurenti sono in grado di gestire temperature più elevate, ma per la maggior parte delle applicazioni ad alta temperatura i materiali sopra sono in genere selezionati.
