Materiali per stampa 3D: quali sono, caratteristiche, comparazione.

Se in termini numerici la continua evoluzione delle tecnologie di stampa 3d ha generato un cospicuo numero di tipologie di macchine di produzione additiva, lo sviluppo dei materiali è andato oltre. Ad oggi, per ogni tecnologia di stampa o stampante 3d potrete accedere all’uso di decine se non centinaia di materiali dalle più disparate caratteristiche estetiche, chimiche o fisiche. I materiali per sistemi di produzione additive possono essere suddivisi in 3 macro categorie:

  • Filamento e granuli per sistemi ad estrusione di polimeri e materiali compositi
  • Fotopolimeri liquidi per i sistemi stereolitografici o DLP
  • Polveri metalliche e polimeriche per sistemi a laser

La nostra guida ai materiali per stampa 3D vi aiuterà ad individuare il materiale corretto per la realizzazione di vostri modelli o per le vostre produzioni con tecnologie di produzione additiva. Considerata la rapida evoluzione dei sistemi di stampa, torneremo di sovente ad aggiornare questa sezione al fine di poter fornire una guida utile e sempre aggiornata con tutti i materiali di stampa 3d in commercio. Analizzeremo nel dettaglio i materiali proprietari, all’interno degli articoli dedicati ai sistemi di produzione additiva.

Materiali di stampa per sistemi ad estrusione: filamenti e granuli

pla filamento stampa 3d acido polilattico

PLA – acido polilattico

L’acido polilattico più comunemente definito PLA, rimane, assieme all’ABS uno dei materiali più utilizzati da chi opera con tecnologie di stampa FDM. È un biopolimero utilizzato principalmente per la realizzazione di modelli non funzionali o per applicazioni in campo medico. Gli oggetti stampati in PLA possono essere post-processati con carta abrasiva o con trattamenti chimici superficiali, e successivamente verniciati con coloro acrilici. L’ottima definizione estetica degli oggetti ottenuti da stampa in PLA, ha fatto sì che il materiale venisse eletto come il materiale più indicato per la realizzazione di modelli estetici. Di contro, la scarsa resistenza meccanica, pone il PLA tra i peggiori materiali di stampa 3D per la realizzazione di prototipi funzionali.

Date le sue caratteristiche fisico-chimiche, la bioplastica si presta come ottimo “collante” utile alla realizzazione di tantissimi altri materiali compositi. Al momento, i blend più utilizzati con base PLA sono:

PLA e filamenti in Legno

Filamento biodegradabile composto da PLA e fibra di legno in polvere o granelli. La peculiarità di questi filamenti è di carattere estetico in relazione alla colorazione tipica della tipologia di legno scelta, ma non solo. Anche dal punto di vista olfattivo gli oggetti realizzati con filamento in legno conservano il profumo caratteristico dell’essenza utilizzata. I filamenti per stampa 3d in legno sul mercato sono realizzati con essenze di vario tipo tra cui Cocco, Cedro, Olivo, Pino,Sughero, Ebano, Canapa, Bamboo, Betulla e Salice.

PLA – Filamenti in Metallo

I filamenti in metallo per la stampa 3d stanno riscuotendo un grande successo grazie all’utilizzo di questo tipo di materiale su sistemi di produzione additiva industriale come le stampanti 3D Desktop Metal. Nello specifico, i filamenti base PLA e polvere metallica al momento sul mercato sono: Acciaio inossidabile, Alluminio, Rame, Ottone, Bronzo

Filamenti speciali in PLA

La versatilità del PLA ha portato alla realizzazione di molteplici materiali per stampa 3D a filamento. Tra i materiali speciali in commercio potrete scegliere tra:

  • Colori cangianti Materiale per la stampa 3 d che cambia colore in base alla temperatura o all’esposizione ai raggi UV
  • Gomma Gomma elastica ottenuta dalla miscela di PLA e additivi non dichiarati dai produttori
  • Fluorescente Materiale per stampanti 3D compsto da PLA e pigmenti fluorescenti
  • Glitter PLA e particelle di glitter per creazioni glamour con la stampa 3d
  • Luminoso Pigmenti fosforescenti e acido polilattico per oggetti che si illuminano al buio
  • Alta temperatura Composto di PLA e materiali minerali che resiste alle alte temperature. Viene usato per oggetti che necessitano di stabilizzazione delle geometrie con processi di post-produzione sotto raggi UV o in forno
  • Alta resistenza meccanica Acido polilattico e polimeri speciali per materiale ad alta resistenza con basso coefficiente di warping
  • Magnetico Materiale per il 3D printing di parti magnetiche composto da PLA e particelle di ferro
  • Conduttivo Composto di acido polilattico e grafene per parti conduttive
  • Filamento in Carbonio Materiale per stampa 3d a deposizione di materiale fuso, a base di fibra di carbonio e PLA per modelli ultra resistenti
  • Filamento PHA Rigido come l’ABS ma biodegradabile. Queste le caratteristiche del PLA-PHA (Acido polilattico e poliidrossialcanoati)
  • Filamento in Poliestere Composto di PLA e poliestere per un materiale molto resistente, “impermeabile” ai raggi UV e biodegradabile.

Filamenti Naturali in PLA

Classificati come biomateriali, i filamenti base PLA sono completamente biodegradabili. Sul mercato potrete trovare molteplici biomateriali per stampa 3D sotto forma di filamento tra cui:

  • Alga
    Materiale biodegradabile al 100% a base di acido polilattico (PLA) e alghe naturali. Ottimo per la realizzazione di modelli in ambito artistico ed educational
  • Birra
    Blend degli scarti di produzione per la realizzazione della birra e acido polilattico
  • Caffè
    Scarti della produzione di caffè e PLA, per un materiale utile alla realizzazione di oggetti al profumo di caffè

Filamento per stampa 3d in ABS

filamenti stampa 3d - foto Francesco Puzello - fiera stampa 3d FormnextL’acrilonitrile butadiene stirene, meglio conosciuto o più semplicemente ABS, è un termopolimero molto utilizzato sia come filamento sia come granulo per la stampa con tecnologie di produzione additiva ad estrusione. Gli oggetti realizzati in ABS si contraddistinguono per leggerezza e robustezza. È un materiale molto più duttile del PLA e grazie a questa caratteristica viene largamente usato in ambito automotive e in tutti i settori in cui si renda necessario realizzare prototipi funzionali piuttosto che estetici. Di contro, nonostante sia un materiale riciclabie, l’ABS non è un prodotto biodegradabile.

Filamento in PET

Il Polietilene Tereftalato (PET) è una resina termoplastica adatta al contatto con gli alimenti. E’ il materiale con cui vengono realizzati i contenitori per il cibo e la maggior parte delle bottiglie di plastica per l’acqua. Stampare in 3d con il PET è utile per la realizzazione di oggetti robusti e flessibili allo stesso tempo. Il PET consente di stampare prototipi con un basso coefficiente di warping (molto simile a quello del PLA) e con una buona resistenza meccanica (simile a quella dell’ABS). In quanto alla post-produzione, ha caratteristiche molto simili a quelle del PLA. Può essere infatti sia levigato con carta abrasiva sia verniciato con colori acrilici. Il PET è un materiale per stampa 3D riciclabile al 100%.

Filamento in Policarbonato – PC

Il Policarbonato è un materiale termoplastico tra i più versatili. Con il PC si realizzano prettamente prototipi funzionali in grado di resistere nel tempo. Caratterizzato da un’alta resistenza alla trazione e alla flessione, è stato eletto come il materiale termoplastico del settore industriale per eccellenza. Grazie ad un’accentuata resistenza al calore, il policarbonato viene utilizzato per la realizzazione di dispositivi per la conservazione dei cibi, nonché per la creazione di apparati sia medicali sia utili all’industria farmaceutica. Stampare policarbonato in 3D non è comunque ancora alla portata di tutti. Considerata la natura del materiale, è infatti necessario raggiungere temperature sopra la norma (rispetto ad ABS o PLA), per l’adesione dei layer.

TPE – Thermoplastic Elastomer

materiale stampa 3d filamento gomma TPEGli elastomeri termoplastici associano la caratteristica robustezza dell’ABS ad una incredibile elasticità simile a quella della gomma. Possono essere considerati “i peggiori nemici per un bugiardo”. Infatti, gli oggetti stampati in 3d con i copolimeri in questione, sono caratterizzati da una certa “memoria” che li rende molto più propensi ad una temporanea flessione che alla rottura. A differenza degli oggetti realizzati in gomma, i prototipi stampati in TPE (almeno da quanto dichiarato dai produttori di filamento), presentano un enorme vantaggio: oltre ad essere riciclabili sono infatti atossici. Ad oggi i materiali termoplastici hanno avuto largo impieghi nella realizzazione di parti per elettrodomestici ed importanti applicazioni in ambito automotive. Sono infatti i materiali preferiti per la realizzazione delle boccole delle sospensioni per le automobili.

Filamento in Cera/Wax

Una delle tecniche più usate in Additive Manufacturing è quella della “injection molding process”. Il processo consiste nell’iniezione all’interno di uno stampo cavo di materiale termoplastico pronto ad assumere nuove forme. Lo stesso principio viene utilizzato anche in gioielleria per la realizzazione a colaggio di Preziosi. La maggior parte dei processi per la realizzazione di gioielli passa infatti attraverso stampi in cera, prodotti con stampanti 3D, utili a creare nuovi oggetti in oro, platino o argento. La natura del materiale rende le operazioni di finitura una vera passeggiata. Altro aspetto positivo dell’utilizzo della cera in stampa 3D, è un valore di warping pari a zero. I layer si sovrappongono infatti in continuità senza alcun problema. I dettagli sono tali da poterci tranquillamente colare all’interno metalli preziosi, utili a plasmare oggetti unici caratterizzati da geometrie impensabili fino a qualche tempo fa.

Filamento in Nylon

Se avete la necessità di realizzare prototipi colorati, il Nylon è quello che fa per voi. Le sue qualità igroscopiche lo rendono permeabile alle tinture e quindi propenso a colorazioni di tutto rispetto. La facilità all’assorbimento di liquidi rende però il Nylon un materiale di stampa 3D molto difficile da conservare. Quasi sempre si rende infatti necessario essiccare il materiale prima di procedere alla stampa. Rimane comunque uno dei materiali più solidi e durevoli da utilizzare per la realizzazione di parti meccaniche anche grazie ad un warping del tutto trascurabile.

Resine per stampa 3d: fotopolimeri

resina stampa 3d dlp sla - foto Francesco Puzello - Formnext

In quanto ai materiali di stampa, a differenza dei sistemi ad estrusione, per le tecnologie di stampa a sorgente luminosa (SLA/DLP/…), non sono ancora presenti sul mercato dei prodotti utilizzabili con tutte le macchine di stampa 3d. Usualmente, almeno per il settore industriale e professionale, ogni produttore vincola gli acquirenti all’utilizzo di materiali proprietari. Abbiamo provato a classificare i principali materiali utilizzati per i sistemi stereolitografici a laser e dlp.

Resine Standard

Con resine STANDARD si indicano quei materiali per stampa 3D utilizzati per la realizzazione di prototipi funzionali che necessitano di un buon grado di risoluzione dal punto di vista estetico delle geometrie. Esistono resine più chiare, utilizzate per la creazione di modelli 3d con un alto livello di smooth, e resine scure impiegate per la realizzazione di prototipi funzionali che richiedono un alto livello di precisione (ad esempio per assemblaggi meccanici). Di contro, le standard sono resine poco costose che hanno una bassa resistenza agli urti e reagiscono vivacemente ai cambi di temperatura o luce.

Clear resina trasparente

Le resine fotosensibili della famiglia Clear, rispecchiano le stesse caratteristiche di base dei materiali per stampa 3d Standard. Il valore aggiunto di tali materiali di produzione additiva, sta nella possibilità di ottenere oggetti completamente trasparenti.

Tough/Hard: resine per modelli resistenti

Le resine dure sono impiegate per la realizzazione di modelli o prototipi che devono sopportare alti livelli di stress meccanico. Oltre a buoni livelli di resistenza alla trazione, le resine per stampa 3d hard conservano una buona elasticità. L’insieme di queste caratteristiche le rende molto simili all’ABS, tanto che spesso vengono denominale ABS-like. La resina dura non è il materiali ideale per stampare pareti molto sottili ed è caratterizzata da un’alta fragilità e sensibilità al calore.

Durable

Nel nome il suo destino. La resina per stampa 3D Durable (durevole) è appunto un materiale per stampare oggetti in 3d che richiedono resistenza all’usura. Questo materiale di stampa 3D si caratterizza inoltre per la sua flessibilità, al punto che viene paragonata al polipropilene (PP-like). I modelli 3d realizzati con queste resine di stampa, hanno una buona finitura superficiale. Così come molte delle altre resine in commercio, le durable hanno una una bassissima resistenza alla trazione e al calore.

Heat resistant

Se siete alla ricerca di materiali per la realizzazione di prototipi 3d funzionali con alta resistenza al calore, le resine Heat Resistant sono la scelta più indicata. Si tratta di materiali per la produzione additiva capaci di resistere fino a temperature di 300°. Sono utilizzati di sovente per la realizzazione di stampi, modelli o parti adibite alla canalizzazione o al contatto con flussi di aria calda o utensili per sistemi di colaggio o termoformatura. Di contro, alle finiture superficiali di tutto rispetto si contrappone una elevata fragilità.

Rubber-like: resine elastiche

Con il termine Rubber-like si intende identificare le resine per stampa 3d che simulano la gomme. Grazie all’utilizzo di questi materiali è possibile realizzare oggetti resistenti sia ad allungamento sia a piegamento con buona resistenza anche all’urto. L’aspetto negativo dell’utilizzo di questi materiali per stampanti 3d, è che sono particolarmente sensibili ai raggi UV. Una prolungata esposizione alla luce solare porta infatti ad un precoce degrado delle geometrie.

Ceramic filled

Le resine “caricate” a ceramica per stampa 3d, sono tra le più indicate per la realizzazione di oggetti molto definiti nei particolari e nell’aspetto superficiale in genere. I prototipi realizzati in stampa 3d con questi materiali, sono molto fragili ma vantano una moderata elasticità, elevata resistenza al calore e una buona stabilità termica.

Rsine Castable per stampa 3d

Le Castable, ovvero le resine calcinabili, sono i materiali per la stampa 3d che hanno rivoluzionato sia il mondo del Dentale sia quello della Gioielleria. Con le castable si possono realizzare prototipi 3d con dettagli nitidi e superfici molto lisce. Bruciano senza lasciare alcun residuo e sono al momento i materiali più utilizzati per fusione e microfusione di metalli preziosi.

Materiali metallici per additive manufacturing: le “polveri” per la stampa tridimensionale

materiali di stampa 3d metalli - foto Francesco Puzello Formnext evento stampa 3d

La nuova rivoluzione industriale passa attraverso le nuove tecnologie di metal additive manufacturing ma anche attraverso la materia prima: le polveri metalliche. La maggior parte dei sistemi di produzione additiva con metalli, sia professionali sia industriali,  utilizza materiali proprietari anche se cominciano a comparire sul mercato sistemi aperti in grado di lavorare con polveri non proprietarie. Di sotto abbiamo elencato quelli che al momento sono i materiali più diffusi in commercio nell’ambito dell’additive metallico.

Polvere di Titanio e stampa 3d

Se siete dei tipi esplosivi sappiate che vi potrete divertire stampando in 3D polvere di Titanio. Essendo altamente reattivo, la stampa 3D in titanio avviene sempre in atmosfera controllata con gas Argon o in sistemi di vuoto. E’ tra i materiali di additive metallico maggiormente utilizzati per il medicale e per la realizzazione di protesi in genere. Considerata la durezza e la leggerezza si presta inoltre alla realizzazione di parti e prototipi per l’industria aerospaziale e automotive. Il titanio viene stampato in 3D sia con tecnologia binder jetting, sia in fusione su letto di polvere sia in Electron Beam Melting.

Inconel: superlega per additive manufacturing

E’ il materiale utilizzato per la realizzazione delle scatole nere degli aerei e non solo. L’Inconel fa parte delle cosiddette superleghe. È una legga di nichel-cromo ultra resistente alla corrosione, all’ossidazione ed alle alte temperature. Grazie ad un’alta resistenza agli stress meccanici e termici, viene inoltre impiegato nella costruzione di parti di turbine a gas, applicazioni criogeniche ed impianti industriali.

Stampa 3D  con Acciaio inossidabile

L’acciaio inossidabile rimane ad oggi il materiale meno costoso da stampare in 3D. La realizzazione di modelli 3d stampati in acciaio si è molto diffusa nel settore industriale grazie alle caratteristiche di resistenza e duttilità del materiale. Le prime applicazioni di additive metallico con acciaio, riguardano l’ambito medicale, la chirurgia endoscopica, l’industria aerospaziale, la produzione di parti meccaniche per l’industria automobilistica e la produzione di orologi.

Additive manufacturing per gioielli in oro, argento e altri metalli preziosi

Uno dei settori maggiormente influenzati dai sistemi di produzione di additive manufacturing è di sicuro quello del gioiello. I processi di produzione per la realizzazione di preziosi avviene attraverso le tecnologie di sinterizzazione di polveri metalliche o per mezzo di processi a cera persa. L’utilizzo di queste tecnologie ha aperto alla possibilità di realizzare geometrie fino ad ora mai viste con una precisione estrema. La dimensione ridotta degli oggetti realizzati in oro, argento o per esempio platino, può trasformare il piano di stampa di una stampante 3d per metalli preziosi, in una vera e propria macchina di produzione in serie.

Alluminio stampato in 3d

Se siete alla ricerca di un materiale leggero materiale stampa 3d metallo con ottime proprietà 
meccaniche, l’alluminio è quello che fa per voi. Grazie ai processi di metal additive manufacturing, da oggi è possibile sbizzarrirsi con geometrie del tutto originali realizzabili con stampanti 3d per metalli e polveri di alluminio.

Stampa 3d con Cromo Cobalto

È probabilmente il materiale più usato con le tecnologie di produzione additiva per metalli. Il Cromo Cobalto viene infatti utilizzato negli ambiti più disparati. Dalla realizzazione di impianti ortopedici o dentali, alla realizzazione di turbine e non solo. Probabilmente sarà il materiale con cui, molto presto, gli occupanti della Stazione Spaziale Internazionale potranno realizzare i loro attrezzi del mestiere.

Additive metallico con Rame e Bronzo 

Considerati materiali di scarso interesse in ambito industriale, il Rame e il Bronzo vengono comunemente usati nei processi di stampa 3D con metalli a cera persa. Grazie comunque alle buone caratteristiche di conduttività, soprattutto il rame viene utilizzato anche nei processi di stampa 3d FDM per la realizzazione di veri e propri circuiti stampati. Il paragrafo potrebbe essere chiuso se non fosse che da pochi giorni è appena arrivata sul mercato una nuova tecnologia di stampa per le polveri di rame che abbiamo avuto il piacere di testare…

Per una visione completa delle tecnologie di stampa 3d per metalli, potete leggere il nostro articolo dedicato.

Materiali di stampa 3D per il settore medicale

materiali di stampa 3d biocompatibili - foto Francesco Puzello Formnext Francoforte

Le resine biocompatibili per la stampa 3D si suddividono al momento in Classe 1 e 2.

Resine biocompatibili Classe 1

Le resine di stampa 3d Classe 1, possono essere impiegate per la realizzazione di strumenti utilizzabili in ambito medicale (chirurgico), capaci di resistere ai processi di sterilizzazione in autoclave. Sono in genere strumenti con alto livello di dettaglio superficiale ma con una bassa resistenza alla rottura.

Resine biocompatibili Classe 2

Le resine di Classe 2 sono invece considerate “a lungo termine”. Grazie all’utilizzo di materiali biocompatibili in Classe 2 stampati in 3d, possiamo oggi realizzare con estrema precisione, parti (spesso impianti dentali) con alta resistenza alla rottura e all’usura.

Hydrogel

La categorie degli Hydrogel riguarda l’ambito della stampa 3D e del Bioprinting. Gli Hydrogel sono i materiali di stampa per gli scaffold (impalcature) porosi, utili ad accogliere sistemi di cellule.

Materiali di supporto per stampa 3d

supporti di stampa 3d - foto Francesco Puzello Formnext evento stampa 3d

Alla lista dei materiali utilizzabili in additive manufacturing, non poteva mancare una sezione dedicata ai materiali utilizzabili per la creazione dei supporti di stampa.

Filamento HIPS – High Impact Polystyrene

Più che un materiale di stampa viene considerato un materiale di supporto alla stampa. Avendo dei grossi problemi di adesione e warping infatti, nei processi di produzione additiva 3d l’HIPS viene utilizzato per realizzare i supporti di stampa. Rimane molto comodo nei processi di post-produzione eliminare i supporti immergendo il prototipo in bagno di limonene.

Filamento in PVA

Letteralmente a supporto della stampa 3D. L’Alcool Polivinilico per sua natura solubile in acqua, viene anch’esso come l’HIPS utilizzato per la realizzazione dei supporti di stampa nei sistemi multi-estrusore.

Cera/Wax 

La cera è uno dei materiali di supporto più utilizzati nei sistemi di stampa a getto. La rimozione è molto semplice ed avviene usualmente attraverso l’esposizione del modello 3d a temperature controllate (tra i 70° e gli 80°) al fine di attivare il processo di liquefazione.

Ceramica

I nuovi sistemi di stampa 3d con materiali metallici , si avvalgono dell’utilizzo di materiali ceramici per la realizzazione dei supporti di stampa. Il vantaggio dell’utilizzo della ceramica consiste nella possibilità di ottenere il distaccamento dei supporti senza l’utilizzo di tool specifici per il metallo ma con il semplice utilizzo delle mani.

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