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La modellazione a deposizione fusa (FDM), o fabbricazione di filamenti fusi (FFF), è un metodo estremamente popolare nella tecnologia di stampa 3D.Il principio di base della tecnologia prevede il riscaldamento e l'estrusione di filamenti di plastica per creare un oggetto tridimensionale impilandolo strato per strato su una piattaforma di stampa. Il motivo per cui la tecnologia FDM può essere ampiamente utilizzata in molti campi è in gran parte dovuto alla sua capacità di raggiungere una buona compatibilità con una varietà di materiali, in particolare i termoplastici. Questo articolo si propone di approfondire alcuni deiMateriali più comuni utilizzati nei processi di modellazione a deposizione fusa.
Quali materiali vengono utilizzati nella modellazione a deposizione fusa (FDM)?
La tecnologia di stampa FDM si basa principalmente su una varietà di materiali plastici, dal robusto ABS e PLA al TPE flessibile, che sono ampiamente utilizzati. Oltre alla plastica, le stampanti FDM possono lavorare anche materiali come metalli, ceramiche e resine. Nel campo delle costruzioni, il processo basato sulla tecnologia FDM sta gradualmente maturando. Il calcestruzzo viene stampato attraverso un estrusore, in modo che l'intero edificio possa essere completato attraverso la stampa 3D in un tempo molto breve, ad esempio in pochi giorni. Inoltre, le stampanti FDM sono in grado di elaborare materiali cerosi e possono stampare modelli 3D permicrofusione in metallo. La ricerca sperimentale più all'avanguardia ha esplorato la possibilità di stampare più materiali, inclusi materiali alimentari e tessuti organici, che sono stati stampati con successo utilizzando la tecnologia di modellazione a deposizione fusa.
Quali sono i materiali termoplastici più comuni utilizzati nell'FDM?
Nella tecnologia FDM (Fused Deposition Modeling), i seguentiTermoplasticisono ampiamente utilizzati grazie alle loro proprietà uniche:
PLA (acido polilattico)
Il PLA è uno dei materiali più comunemente usati nella stampa 3D FDMed è adatto per la maggior parte delle esigenze di stampa. Deriva da risorse vegetali naturali, come l'amido di mais o la canna da zucchero, e quindi presenta notevoli vantaggi ambientali. Il PLA ha una temperatura di stampa più bassa ed è adatto ai principianti. La superficie stampata è liscia e la post-elaborazione è relativamente semplice. Inoltre, in quanto materiale biodegradabile, il PLA è ecologico. Tuttavia, il PLA ha una scarsa resistenza al calore e può deformarsi se esposto a temperature elevate per lungo tempo, rendendolo inadatto per applicazioni ad alta temperatura o ad alto carico.
ABS (acrilonitrile-butadiene-stirene)
L'ABS è un tecnopolimero ampiamente utilizzato nella stampa FDMe ha un'elevata resistenza meccanica e resistenza al calore. Viene spesso utilizzato per realizzare parti funzionali e componenti complessi ed è adatto per prodotti che richiedono elevata resistenza e durata. I materiali ABS possono resistere alle alte temperature, non si deformano facilmente, sono più economici di altri materiali ingegneristici e sono adatti per la produzione di massa. Tuttavia, l'ABS rilascerà un certo odore durante il processo di stampa, quindi deve essere utilizzato in un ambiente ben ventilato.
TPU (poliuretano termoplastico)
Il TPU è un materiale flessibile con un'eccellente elasticità e resistenza all'usura e viene spesso utilizzato per stampare parti che richiedono flessione, allungamento o compressione. È adatto per la produzione di parti pieghevoli ed elastiche, come suole di scarpe, maniglie e gusci protettivi. Il TPU ha una forte resistenza all'usura ed è adatto per la stampa di parti che devono resistere all'attrito a lungo termine. È inoltre resistente all'olio e agli agenti chimici ed è adatto per la stampa di parti esposte ad ambienti oleosi o chimici. TuttaviaI materiali TPU sono relativamente difficili da stamparee le impostazioni della stampante devono essere regolate per garantire una stampa fluida.
Nailon
Il nylon è un tecnopolimero resistente e durevole ampiamente utilizzato nelle automobili, aviazione, medicina e altri campi. Ha un'elevata resistenza e una buona resistenza all'usura ed è adatto per la produzione di parti funzionali. Il nylon mostra una buona resistenza all'esposizione chimica ed è anche un po' igroscopico, quindi è necessario prestare particolare attenzione all'impermeabilità all'umidità durante lo stoccaggio. La stampa in nylon ha un'ampia gamma di applicazioni ed è particolarmente adatta per la produzione di componenti funzionali come ingranaggi e cuscinetti.
PETG
Il filamento PETG è un materiale con forte resistenza chimica e trasparenza ed è ampiamente utilizzato inParti stampate in 3Dche richiedono una maggiore resistenza e una migliore trasparenza. Combina le caratteristiche di facilità di stampa del PLA con la durata dell'ABS ed è adatto a una varietà di scenari applicativi. Il PETG è più stabile in ambienti ad alta temperatura e più facile da stampare rispetto aL'ABS, che lo rende molto popolare nel settore industriales.
Quali materiali ad alte prestazioni sono disponibili per l'FDM?
Nella tecnologia FDM (fused deposition modeling) vengono sempre più utilizzati materiali ad alte prestazioni. Questi materiali di solito hanno eccellenti proprietà fisiche, chimiche e meccaniche e possono soddisfare le esigenze di applicazioni di fascia alta. Ecco alcuni materiali ad alte prestazioni disponibili per FDM:
PEEK (polietereterchetone)
- Proprietà:Il PEEK è un polimero termoplastico semicristallino con assorbimento di umidità estremamente basso, eccellente resistenza al calore, proprietà meccaniche e stabilità chimica.
- Applicazioni:Grazie alla sua combinazione unica di proprietà,Il PEEK è ampiamente utilizzato in campo aerospaziale e medico. Nell'industria aerospaziale, il PEEK può essere utilizzato per produrre parti di aeromobili come fascette, tubi flessibili ad alta pressione e condotti elettrici per ridurre il peso e migliorare le prestazioni. In campo medico, il PEEK è adatto per la produzione di dispositivi medici e impianti, come protesi, impianti e strumenti dentali.
ULTEM (polieterimmide)
- Proprietà:I materiali ULTEM, come ULTEM 9085 e ULTEM 1010, offrono un'elevata resistenza, ritardante di fiamma e un'eccellente resistenza al calore e agli agenti chimici. ULTEM 9085 è anche un materiale certificato FST (Flame, Smoke and Toxicity) che soddisfa i severi requisiti di trasporto.
- Applicazioni:I materiali ULTEM sono ampiamente utilizzati nel settore aerospaziale, automobilistico e altri settori che richiedono elevata resistenza, resistenza al calore e resistenza chimica. Ad esempio, la resina ULTEM 9085 viene utilizzata in molti prodotti aeronautici e aerospaziali.
Filamento rinforzato con fibra di carbonio
- Caratteristiche: La fibra di carbonio può essere incorporata all'interno dei filamenti come strato di fibra continua o filo tagliato, aumentando significativamente la resistenza e la rigidità della parte pur mantenendo un peso ridotto.
- Applicazioni:I filamenti rinforzati con fibra di carbonio sono ampiamente utilizzati nel settore aerospaziale, automobilistico, attrezzature sportive e altri settori. L'uso della fibra di carbonio può migliorare le proprietà meccaniche delle stampe FDM, consentendo loro di resistere a sollecitazioni e carichi più elevati.
Quali materiali flessibili e speciali possono essere utilizzati?
Nella tecnologia di stampa 3D FDM (Fused Deposition Modeling), oltre ai comuni tecnopolimeri come PLA e ABS, è possibile utilizzare anche una varietà di materiali flessibili e speciali per soddisfare le diverse esigenze applicative. Ecco alcuni materiali flessibili e speciali disponibili per la stampa FDM:
Materiale flessibile:
1. TPU
- Caratteristiche: Morbido e tenace, flessibilità simile alla gomma, elasticizzato e resistente agli urti.
- Applicazione: le parti in gomma per la stampa FDM, come guarnizioni, suole di scarpe, cover per smartphone, ecc., Viene utilizzato anche per la stampa di abbigliamento.
Materiali speciali
1. FIANCHI
- Caratteristiche: Eccellente resistenza agli urti, elevata solubilità, utilizzato come materiale di supporto.
- Applicazione: stampa di parti con angoli superiori a 45 gradi, facile da rimuovere la struttura di supporto senza danneggiare l'oggetto principale.
2. Legno
- Caratteristiche: Le fibre di legno vengono mescolate con il PLA per creare modelli in legno.
- Applicazione: stampa di bambù, pino e altri prodotti in legno, l'aspetto, la struttura e la consistenza sono come il legno naturale e biodegradabili.
3. Materiale a trama metallica
- Tratti somatici:Polvere metallicaviene miscelato con PLA/ABS per creare una texture metallica.
- Applicazione: FDM stampa modelli di aspetto metallico, come decorazioni, mostrando bronzo, ottone e altri effetti.
Come si confrontano i materiali FDM con SLA e SLS?
Rispetto alla stereolitografia (SLA) e alla SLS (sinterizzazione laser ad alta precisione), i materiali FDM presentano evidenti differenze sotto molti aspetti. Ecco un confronto dettagliato dei materiali utilizzati in questa tecnologia di stampa 3D trasparente:
| Progetto | FDM | SLA | SLS |
|---|---|---|---|
| Materiali utilizzati | Filamenti termoplastici (ad es. PLA, ABS) | Resina liquida fotosensibile | Materiali in polvere (plastica, metalli, ceramica) |
| Costi dei materiali | Abbassare | Superiore | Medio-alto |
| Precisione di stampa | Relativamente basso (spessore dello strato da 0,1 mm a 0,4 mm) | Estremamente elevato (spessore dello strato fino a 0,025 mm) | Moderato (spessore dello strato da 0,1 mm a 0,2 mm) |
| Superficie | Ci sono striature distinte e un effetto scala | Liscio e delicato | Dipende dalla dimensione delle particelle di polvere e dal processo di sinterizzazione |
| Velocità di stampa | Medio | Più velocemente | Relativamente lento |
| efficienza | Adatto per la produzione e la prototipazione su piccola e media scala | È adatto per la produzione di modelli di piccole dimensioni e di alta precisione | Adatto per la produzione di personalizzazione di massa |
| Costi dell'attrezzatura | Abbassare | Superiore | Medio-alto |
| Post-elaborazione | Potrebbero essere necessarie strutture di supporto e i costi di post-elaborazione sono più elevati | Le sostanze chimiche devono essere aggiunte e possono produrre un odore pungente | Potrebbe essere necessaria la post-elaborazione per migliorare la qualità della superficie |
| Campi di applicazione | Istruzione, Prototipazione rapida, Produzione | Modellismo di alta precisione (gioielleria, medicale, odontoiatria) | Produzione di parti strutturali complesse ad alta resistenza (automotive, aerospaziale) |
Sommario
La tecnologia FDM (Fused Deposition Modeling) è popolare per la sua compatibilità con un'ampia gamma di materiali. Dal PLA ecologico al PEEK ad alte prestazioni, dal TPU flessibile al nylon resistente,Materiali di stampa FDMHanno una vasta gamma di scelte per soddisfare le esigenze di diversi campi e applicazioni. Quando si selezionano i materiali di stampa FDM, gli utenti devono considerare in modo completo fattori come i requisiti di stampa, le proprietà dei materiali, il budget e gli scenari applicativi per ottimizzare l'esperienza di stampa 3D e ottenere i migliori risultati di stampa.
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Domande frequenti
1. Quali tipi di materiali vengono utilizzati principalmente per la stampa FDM?
La stampa FDM utilizza principalmente materiali termoplastici e questi materiali vengono immessi nella stampante sotto forma di filamenti. I materiali più comuni includono PLA (acido polilattico), ABS (acrilonitrile-butadiene-stirene), TPU (poliuretano termoplastico), nylon e PETG (polietilene tereftalato-1,4-cicloesandimetanolo). Inoltre, esistono alcuni materiali ad alte prestazioni come il PEEK (polietereterchetone) e materiali compositi come i materiali rinforzati con fibra di carbonio che sono anche comunemente usati in applicazioni specifiche.
2. Quali sono le caratteristiche del materiale PLA?
Il PLA è uno dei materiali più comunemente usati nella stampa FDM. Deriva da risorse vegetali naturali come l'amido di mais o la canna da zucchero, quindi presenta vantaggi ambientali. Il PLA è facile da stampare, ha una superficie liscia e non ha quasi alcun odore durante la stampa. Tuttavia, ha una scarsa resistenza al calore e può deformarsi se esposto a temperature elevate per lungo tempo, il che lo rende inadatto per applicazioni ad alta temperatura o ad alto carico.
3. Per quali scenari sono adatti i materiali ABS?
L'ABS è un tecnopolimero con elevata resistenza meccanica e resistenza al calore e viene spesso utilizzato per realizzare parti funzionali e componenti complessi. È adatto per prodotti che richiedono elevata resistenza e durata, come parti di automobili, involucri elettronici, ecc. Ma tieni presente che l'ABS può rilasciare un certo odore durante il processo di stampa e richiede un buon ambiente di ventilazione.
4. Cosa c'è di speciale nel materiale TPU?
Il TPU è un materiale flessibile con un'eccellente elasticità e resistenza all'usura e viene spesso utilizzato per stampare parti che richiedono flessione, allungamento o compressione. È ideale per la stampa di oggetti flessibili come suole di scarpe, manici e custodie protettive. Tuttavia, la stampa in TPU è relativamente difficile e le impostazioni della stampante devono essere regolate per garantire una stampa fluida.
Risorsa
1. Fabbricazione di filamenti fusi
3. Alcool polivinilico rinforzato con nanotubi di carbonio per la modellazione a deposizione fusa
