Spiegazione dei filamenti della stampante 3D

Come scegliere il filamento giusto

Dopo aver scelto una stampante 3D, la prima decisione che dovrai prendere è quale tipo di filamento desideri utilizzare. Ci sono diverse dozzine di varietà, anche mettendo da parte i numerosi colori in cui entrano. Passando attraverso di esse affiora una serie di nomi dal suono chimico: acido polilattico, alcol polivinilico, fibra di carbonio e gli elastomeri termoplastici scioccanti, per esempio. Vanno da una vertiginosa varietà di acronimi, ABS, PLA, HIPS, CPE, PET, PETT, TPE, PVA e PCTPE tra di loro. Ma non essere costernato da questa zuppa di alfabeto. Solo pochi tipi sono di uso comune e i produttori tendono a evitare moniker eccessivamente geek a favore di nomi più descrittivi che alludono a una qualità essenziale del filamento come flessibilità (NinjaTek's Ninjaflex e Polymaker's Polyflex, per esempio) e forza (Makerbot, XYZprinting e Ultimaker, tutti i filamenti di mercato chiamati Tough PLA).

Nozioni di base sui filamenti

I filamenti utilizzati nella stampa 3D sono i termoplastici, che sono materie plastiche (dette anche polimeri) che si sciolgono anziché bruciare quando vengono riscaldate, possono essere modellate e modellate e solidificano quando vengono raffreddate. Il filamento viene alimentato in una camera di riscaldamento nel gruppo estrusore della stampante, dove viene riscaldato fino al punto di fusione e quindi estruso (spruzzato) attraverso un ugello di metallo mentre il gruppo estrusore si muove, tracciando un percorso programmato in un file oggetto 3D per creare, strato dopo strato, l'oggetto stampato. Sebbene la maggior parte delle stampanti 3D abbia un singolo estrusore, esistono alcuni modelli a doppio estrusore che possono stampare un oggetto in diversi colori o con diversi tipi di filamento.

Il processo di stampa con filamento di plastica è chiamato fabbricazione di filamenti fusi (FFF) o modellazione a deposizione fusa (FDM). Sono la stessa cosa; l'acronimo FDM è un marchio registrato dal pioniere della stampa 3D Stratasys Corp., quindi altri produttori hanno creato i propri nomi per descrivere la tecnologia delle loro stampanti; FFF è quello che ha preso piede. Ancora oggi, tranne che nelle brochure di alcuni produttori, vedrai i nomi usati in modo intercambiabile.

Il filamento è venduto in bobine con un peso che varia da 0,5 chilogrammi a 2 chilogrammi. Il filamento è disponibile in due spessori, 1,75 millimetri e 3 millimetri. (Quest'ultimo è in realtà un po' più sottile, circa 2,85 millimetri.) La stragrande maggioranza del filamento è del tipo da 1,75 millimetri; Ultimaker e LulzBot sono tra i pochi produttori le cui stampanti utilizzano dimensioni più spesse. Il peso è quasi sempre elencato in unità metriche.

Ora, diamo un'occhiata ad alcuni dei tipi di filamenti più popolari e importanti.

Il duo dinamico: ABS e PLA

I tipi di filamento di gran lunga più comuni sono l'acrilonitrile butadiene stirene (ABS) e l'acido polilattico (PLA). La maggior parte delle stampanti 3D di base sono progettate per utilizzare esclusivamente questi filamenti. Parte del loro fascino è che sono relativamente economici, con un costo di appena $ 20 al chilogrammo.

Non lasciarti scoraggiare dal nome chimico ingombrante dell'ABS; è la stessa plastica usata nei Lego. Gli oggetti stampati in ABS sono resistenti, durevoli e non tossici. Ha un punto di fusione relativamente alto, con una temperatura di stampa che va da 210 gradi a 250 gradi Celsius. Gli angoli inferiori degli oggetti stampati con l'ABS hanno la tendenza ad arricciarsi leggermente verso l'alto, soprattutto se si utilizza un piano di stampa non riscaldato. Durante la stampa, l'ABS può emettere un odore acre e sgradevole, quindi è meglio utilizzarlo con una stampante a telaio chiuso in una stanza ben ventilata.

Il PLA ha un punto di fusione relativamente basso, con temperature utilizzabili comprese tra 180 gradi e 230 gradi Celsius. È di origine vegetale e biodegradabile. È più duro dell'ABS, stampa senza deformazioni ed è generalmente facile da lavorare, anche se in rari casi può causare inceppamenti dell'estrusore. Il PLA è spesso usato come materiale di base per materiali compositi più esotici, di cui parleremo tra poco.

Nylon

Il nylon è un materiale sintetico incredibilmente versatile, sviluppato negli anni '30, che ha trovato impiego in qualsiasi cosa, dagli spazzolini da denti ai paracadute, dalle gomme alle calze, e ora il filamento per stampanti 3D. Al suo interno è un polimero, o plastica (o, più precisamente, una famiglia di materie plastiche). È resistente e durevole, ma flessibile e tra i filamenti di stampa 3D più economici. Si scioglie a una temperatura più alta (circa 240 gradi Celsius) rispetto alla maggior parte dei filamenti. Non tutte le stampanti 3D sono costruite per gestire quel calore: alcune sostanze comunemente usate nell'estrusore emettono fumi a quella temperatura. Come con l'ABS, gli oggetti stampati con il nylon hanno la tendenza a deformarsi, cosa che può essere mitigata utilizzando un piano di stampa riscaldato.

Filamento flessibile

I TPE (o elastomeri termoplastici) sono materiali termoplastici con elevata elasticità (sebbene ancora lontani, ad esempio, dagli elastici); gli oggetti stampati con essi sono relativamente flessibili. Un tipo di TPE comune è il poliuretano termoplastico (TPU), di cui NinjaFlex è un esempio popolare.

Filamenti solubili: HIPS e PVA

Uno degli acronimi più accattivanti, HIPS, sta per polistirene ad alto impatto. HIPS ha un prezzo moderato, è leggero e può essere levigato, incollato e colorato con colori acrilici. È simile all'ABS, tranne per il fatto che l'HIPS è solubile in limonene, un solvente a base di agrumi, il che lo rende una buona scelta, quando si stampa con un secondo materiale (come ABS o PLA) con una stampante a doppio estrusore, come materiale di supporto che potrebbe essere sciolto dopo la stampa. Stampa bene anche da solo ed è il filamento consigliato da LulzBot per la sua LulzBot Mini 3D Printer (su Amazon Canada), che si è guadagnata la nostra Editors' Choice. Il filamento dissolvibile MakerBot comprende anche HIPS.

Un altro filamento solubile è il PVA (alcool polivinilico), che si dissolve convenientemente in acqua. Il PVA è inodore, non tossico e biodegradabile. Ha un basso punto di fusione e può bloccare un ugello dell'estrusore se surriscaldato. Viene spesso utilizzato come materiale di supporto nelle stampanti a doppio estrusore; Ho testato Ultimaker 3 (su Amazon Canada) stampando un oggetto di prova, una scatola all'interno di una scatola, utilizzando PLA per le scatole stesse e PVA come supporto. Dopo che l'oggetto è stato stampato, l'ho immerso in acqua tiepida e il PLA si è gradualmente sciolto, lasciando la coppia di scatole nidificate.

Filamenti compositi

I filamenti compositi hanno una base di PLA o altro materiale termoplastico in cui sono state mescolate particelle, polveri o scaglie di altri materiali. Alcuni sono miscele di legno, altri includono arenaria o calcare e altri ancora hanno vari tipi di metalli, inclusi ferro, alluminio, ottone, bronzo e rame. Questi filamenti assumono alcune delle proprietà dei materiali con cui sono stati mescolati. Un altro composito popolare è la fibra di carbonio; gli oggetti stampati da esso prendono parte della forza della fibra. Uno svantaggio di questi filamenti compositi è che costano molto di più rispetto ai non compositi.

Oltre il filamento plastico: stampa a base di resina

Con l'odierna proliferazione di stampanti FFF, è facile trascurare il fatto che sul mercato esistono modelli basati su altre tecnologie che non utilizzano il filamento. Il principale tra questi è la stereolitografia (aka SLA), la prima tecnologia di stampa 3D ad essere stata sviluppata e che è in grado di stampare stampe molto dettagliate e ad alta risoluzione. I cartellini dei prezzi per le stampanti SLA per uso commerciale possono arrivare a cinque (e anche a sei) cifre, ma abbiamo visto alcuni modelli a basso prezzo, adatti per hobbisti e artigiani.

Nella stampa SLA, un laser ultravioletto traccia la forma dell'oggetto da stampare, strato dopo strato, su una resina sensibile ai raggi UV (nota anche come fotopolimero o resina fotopolimerica) alloggiata in un vassoio o vasca, e la resina esposta al laser si indurisce per formare l'oggetto stampato. Le resine sono disponibili in flaconi da 500 millilitri e 1 litro, con prezzi dai produttori di stampanti a partire da circa $ 100 al litro. Alcuni produttori hanno formulato resine per resistenza, flessibilità, rigidità e altre qualità e tali resine tendono a vendere a caro prezzo. Le resine hanno sofferto di una tavolozza di colori limitata e tendevano a essere confinate al nero, al grigio, al bianco e al trasparente, sebbene ultimamente siano diventate disponibili resine dai colori più luminosi e metallici.

La DLP è una forma di stereolitografia che utilizza un proiettore al posto del laser come fonte di luce, utilizzando la luce visibile invece dell'ultravioletto. Il proiettore, che utilizza la tecnologia DLP (Digital Light Processing) di Texas Instruments, proietta una serie di immagini in una vasca di resina fotopolimerica simile alle resine utilizzate nella stampa SLA per costruire l'oggetto, strato dopo strato.

Ora che sai tutto ciò di cui hai bisogno sui filamenti più popolari, ti consigliamo di leggere la nostra guida all'acquisto della stampante 3D, che include recensioni dei migliori modelli che abbiamo testato di recente. Puoi anche dare un'occhiata a cosa ha da dire uno dei primi utenti sul suo tempo imparando a stampare in 3D.