Materiali per la stampa 3D - Guida completa a filamenti e resine

In questa guida ai materiali per la stampa 3D trovi tutti i materiali di consumo comunemente usati oggi per la stampa 3D a filamento e a resina.

I materiali utilizzati per la stampa 3D sono di diverso tipo e il loro utilizzo varia in base ai modelli che si vuole realizzare. Per ottenere il massimo dai tuoi progetti, scegliere il materiale giusto è fondamentale.

In questa guida daremo un'occhiata alle materie plastiche per la stampa 3D più comuni, sia per stampanti 3D a filamento FDM, sia per stampanti 3D a resina SLA, DLP o LCD.

Che tu stia cercando il filamento giusto o la resina più adatta, questa guida ti aiuterà a selezionare il materiale migliore per il tuo prossimo progetto o a migliorare la qualità delle tue stampe.

Come potrai immaginare, questa guida si concentra esclusivamente sui materiali per la stampa 3D desktop. Questo significa che non troverai riferimenti alle tecnologie di stampa 3D più costose e professionali, come metalli e termoplastiche molto tecniche.

Qui ci concentriamo sui materiali d'uso quotidiano, facilmente reperibili in rete o dal tuo rivenditore di fiducia.

Coraggio allora: scaldiamo gli estrusori e vediamo quali sono i migliori materiali per stampanti 3D desktop.

Filamenti per stampa 3D

Il modo più accessibile per stampare in 3D a casa è con una stampante a filamento. La stampa 3D FDM è infatti il modo più semplice ed economico per realizzare qualsiasi componente, e per questi motivi è anche la più usata in assoluto.

Le stampanti FDM fondono un filamento, il quale viene depositato a strati per creare l'oggetto in stampa. Il materiale, in questo caso, è generalmente un filamento termoplastico, che viene fuso e poi estruso strato dopo strato sul piano di stampa.

I filamenti più comuni sono realizzati con i materiali termoplastici PLA, ABS e PETG, ma ce ne sono molti altri che presentano caratteristiche molto interessanti, sia dal punto di vista estetico, sia dal punto di vista tecnico-meccanico.

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PLA

Il PLA è il materiale più utilizzato nella stampa 3D a filamento. Innanzitutto, il PLA è facile da stampare. Ha una bassa temperatura di stampa, non necessita di un piano riscaldato (anche se aiuta) e non si deforma facilmente.

Un altro vantaggio dell'utilizzo del PLA è che non emette un odore sgradevole durante la stampa (a differenza dell'ABS). Tuttavia, il PLA è meno durevole dell'ABS o del PETG ed è sensibile al calore.

Quindi, per la realizzazione di modello con funzione meccanica, dovrai fare attenzione a questa caratteristica. Evita di usarlo quando crei oggetti che potrebbero essere piegati, attorcigliati o lasciati cadere ripetutamente, come custodie per telefoni, giocattoli ad alta usura o impugnature di attrezzi.

Il PLA è disponibile in un'ampia gamma di colori e in una varietà di compositi. Lo trovi anche fluorescente, glitterato e caricato con micropolveri.

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ABS

L'ABS è comunemente usato nello stampaggio a iniezione ed è probabilmente una delle plastiche più comuni in assoluto. Si trova in molti articoli per la casa, le custodie dei telefoni o i caschi delle biciclette. Ha la caratteristica di essere molto robusto e durevole, oltre che resistente ad alte temperature.

Sebbene svolga un ruolo importante nelle applicazioni commerciali, nella stampa 3D per hobbisti l'ABS è meno popolare. Ciò è dovuto al fatto che è leggermente più difficile da stampare: è un materiale soggetto a deformazioni e ritiri, che possono essere evitati se si dispone di piatto riscaldato e camera calda.

Tuttavia, l'ABS è un buon filamento per stampanti 3D per uso generale per progetti fai-da-te. Gli esempi includono giocattoli ad alta usura, impugnature di utensili, componenti di finiture per autoveicoli e quadri elettrici.

È facilmente accessibile, resistente, leggero, consente una facile post-elaborazione ed è disponibile in un'ampia gamma di colori.

Attenzione ad usarlo in ambienti chiusi e poco arieggiati: l'ABS rilascia sostanze maleodoranti e tossiche durante la stampa.

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PETG

Il PETG è composto da polietilene tereftalato (PET), il materiale usato per realizzare le bottiglie d'acqua di plastica, con l'aggiunta di CHDM (cicloesandimetanolo). A causa di questa modifica chimica, si aggiunge appunto la lettera "G". Il risultato è un filamento più trasparente, meno fragile e più facile da usare rispetto al PET.

È un'eccellente scelta per la stampa di oggetti che devono essere robusti, avere una superficie liscia e avere un ritiro controllato. Le componenti in PETG sono resistenti agli agenti atmosferici e sono quindi spesso utilizzati per gli elettrodomestici da giardino. Questo materiale è considerato sicuro per gli alimenti, anche se il processo di stampa poco controllato non permette di avere una vera e propria certificazione.

Il PETG non è eccezionale per stampare elementi a sbalzo e risulta più igroscopico del PLA: significa che tende ad assorbire maggiormente l'umidità, soprattutto se lasciato all'aria aperta.

Se cerchi un materiale facile da stampare e ad alta resistenza, il PETG è un'ottima opzione.

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PVA

Il PVA è un composto chimico ottenuto per idrolisi, normalmente alcalina, degli esteri polivinilici. Si dissolve totalmente e rapidamente in acqua, anche fredda e questa proprietà lo rende particolarmente adatto come di materiale di supporto.

Vi sono produttori che indicano temperature di estrusione attorno ai 200-220 °C, in tal caso è meglio affidarsi alla temperatura certificata dal produttore poiché, spesso, i materiali sono tagliati con altri termoplastici per conferire proprietà meccaniche maggiori.

Per la stampa 3D, il PVA è progettato per essere utilizzato come materiale di supporto solubile, principalmente se abbinato a un altro filamento in una stampante 3D con doppio estrusore. Il vantaggio dell'utilizzo del PVA rispetto all'HIPS è che può fare da supporto a più materiali rispetto al semplice ABS.

Il compromesso è un filamento per stampante 3D leggermente più difficile da maneggiare. Bisogna anche fare attenzione quando lo si conserva, poiché l'umidità nell'atmosfera può danneggiare il filamento prima della stampa. Le scatole asciutte e le buste di silice sono un must se si vuole mantenere una bobina di PVA utilizzabile a lungo termine.

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Nylon

Con il termine nylon si indica una famiglia particolare di poliammidi alifatiche sintetiche. Molto economico e facilmente reperibile sul mercato, in vari colori, a differenza del PLA e dell'ABS, è molto meno fragile e quindi più resistente.

Gode di proprietà autolubrificanti, il che lo rende particolarmente performante per stampe di ingranaggi. Tra gli aspetti negativi possiamo evidenziare il fatto che si deforma molto di più rispetto all'ABS, quindi necessita del piano riscaldato. Inoltre, un riempimento eccessivo potrebbe causare dei problemi poichè il nylon è un materiale estremamente fibroso.

In aggiunta, bisogna assicurarsi che sia ben asciutto prima della stampa. La temperatura di estrusione si attesta attorno ai 220-250°C, anche in questo caso il consiglio è di attenersi alle specifiche segnalate dal produttore.

E' un materiale che si distingue per la sua tenacità e la sua resistenza alle alte temperature e agli urti. Ha anche un coefficiente di attrito molto basso, che lo rende il materiale di stampa 3D ideale per parti che richiedono una buona resistenza alla trazione. Data la sua flessibilità e resistenza, il nylon è la scelta migliore per varie applicazioni meccaniche e ingegneristiche.

Si stampa abbastanza facilmente, ma potresti aver bisogno di un ugello per alte temperature, poiché alcune miscele richiedono fino a 300°C per essere estruse.

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HIPS

Il polistirene ad alto impatto (HIPS) è una miscela di materiali di plastica di polistirene e gomma di polibutadiene. La miscela di questi polimeri si traduce in un materiale resistente e flessibile.

Relativamente alla rigidezza, la resistenza termica e agli urti e le deformazioni può essere considerato quasi come l'ABS. La temperatura di estrusione è di circa 230-250 °C e necessita di un piano riscaldato.

HIPS è molto simile all'ABS, è facilmente verniciabile, lavorabile e funziona bene con un gran numero di adesivi. Tra le varie caratteristiche, troviamo anche la conformità per applicazioni di trasformazione alimentare.

Nel mondo della stampa 3D, l'HIPS viene utilizzato principalmente come materiale di supporto poiché si dissolve in una soluzione di limonene, eliminando la necessità di rimozione tramite abrasivi, utensili da taglio o qualsiasi altro strumento. Il limonene è una soluzione a base di bucce di limone, facilmente ottenibile. Questa soluzione, tuttavia, può potenzialmente danneggiare materiali di stampa 3D diversi dall'ABS. In genere è usato come materiale di supporto per l'ABS, in sostituzione al PVA.

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Filamento legno

I filamenti caricati legno sono ormai diventati molto comuni e apprezzati da chi vuole dare una finitura estetica particolare alle proprie stampe. Questi filamenti, chiamati wood-fill, laywood o wood 3D, sono tipicamente composto di PLA e fibra di legno.

Oggi sono disponibili molti filamenti per stampanti 3D in legno-PLA e includono numerose varietà di legno. Come con altri tipi di filamenti per stampanti 3D, esiste un compromesso con l'utilizzo del legno. In questo caso, l'appeal estetico e tattile va a scapito di una ridotta flessibilità e resistenza.

Non necessita di un piano riscaldato e può essere estruso a temperature che oscillano dai 180-250 °C. L'oggetto sarà, esteticamente, simile ad un oggetto di legno ed in funzione della temperatura è possibile ottenere diverse gradazioni di marrone, anche all'interno dello stesso oggetto.

Il filamento caricato legno può anche accelerare il degrado dell'ugello della stampante 3D, rovinandolo a tramite abrasione.

Fai attenzione alla temperatura alla quale lo stampi, poiché troppo calore può provocare un aspetto quasi bruciato o caramellato. In genere, questo materiale giova molto dalla post-produzione. Puoi tagliarlo, carteggiarlo o dipingerlo.

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Filamento metallo

Quando si parla di filamenti in metallo nell'ambito della stampa 3D FDM, si fa necessariamente riferimento a un filo termoplastico, tipicamente PLA, che è stato mescolato con basse quantità di particelle di metallo.

Questo conferisce al filamento e agli oggetti realizzati alcune proprietà estetiche del metallo, ma non quelle meccaniche. Queste miscele tendono ad essere molte volte più dense del filamento di pura plastica.

Le stampe composite in metallo possono dare risultati estetici sorprendenti e possono essere trattati in post-produzione tramite levigatura, lucidatura, invecchiamento o altre procedure.

Quando si parla di filamento in metallo spesso si cade in incomprensioni. A volte si può pensare che il filo sia riempito di metallo, ma i casi in cui è davvero così sono molto pochi.

Chiariamo subito la differenza tra "filamento composito" e "filamento metallico":

• il filamento composito, detto anche "con riempimento", è un filamento dove la plastica trasporta al suo interno particelle di vero metallo;
• il filamento metallico è generalmente un PLA dotato di una particolare colorazione che ricorda quella di un metallo, ma l'unica componente del filo è PLA.

Quando si stampano materiali compositi bisogna tenere in considerazione una maggiore usura dell'ugello, dovuta anche in questo caso all'abrasione delle particelle. Gli ugelli in acciaio inossidabile sono consigliati in questo caso.

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TPU

Il TPU è un materiale rubber-like, elastico, flessibile ed estremamente resistente all'abrasione. Si tratta a tutti gli effetti di una gomma, che può caratterizzarsi di diverse durezze, finiture e colorazioni.

Generalmente i materiali flessibili sono difficoltosi da stampare con estrusori di tipo bowden, in quanto il filo potrebbe deformarsi e non venire spinto nell'hot-end della macchina. Se usati con estrusori direct, in generale non ci sono problemi.

La temperatura di estrusione consigliata è attorno i 210-230 °C, il piatto riscaldato non è necessario ma in alcuni casi può essere consigliabile per evitare ritiri.

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Riciclare e produrre filamento in casa

Per gli amanti dell'economia circolare vi sono diverse soluzioni che favoriscono due importanti attività:

• il riciclo di scarti e stampe venute male;
• la riduzione del packaging e dei trasporti/consegne di materiale.

Questo è possibile grazie agli estrusori di filamenti, che permettono di produrre filamento a partire da pellet. Si tratta di una soluzione apprezzata da chi vuole avere sotto controllo l'intero processo, dalla produzione del filo alla stampa, oppure da chi si diverte a realizzare le proprie produzioni di filamento personalizzate.

Produrre il filamento è molto semplice, basta dotarsi della strumentazione giusta e di un po' di pazienza. Inoltre, è un ottimo modo per risparmiare denaro: in confronto alle bobine, il materiale in granuli costa molto meno!

Resine per stampa 3D

Nella stampa 3D, le resine sono una gamma di liquidi (fotopolimeri) che solidificano se esposti alla luce ultravioletta (UV). Sono utilizzati in un processo ampiamente noto come polimerizzazione in vasca, tecnologia disponibile oggi in diverse varianti, tra cui la stereolitografia (SLA) e il Digital Light Printing (DLP).

Le stampanti 3D a resina utilizzando una fonte di luce per tracciare la forma di un oggetto sulla superficie del fotopolimero. La resina si solidifica formando strati dell'oggetto in successione, tramite un processo layer-by-layer.

Le resine sono una scelta eccellente per realizzare modelli funzionali e concettuali. Questo materiale è particolarmente adatto per la produzione di elementi sia grandi che piccoli, anche se trova maggiore utilizzo nell'uso su volumi ridotti.

La scelta di usare le resine su modelli di piccole dimensioni deriva da due caratteristiche:

• il costo del materiale, il quale non è irrisorio;
• l'accuratezza nel realizzare dettagli molto piccoli.

La popolarità delle resine deriva dalla grande riduzione dei costi della tecnologia, avvenuta negli ultimi anni, e dalla velocità e precisione superiori rispetto ad altri sistemi.

Tutte le resine necessitano di due passaggi di post-produzione:

1. la "cura UV": i modelli vengono posti sotto raggi UV così da solidificare ulteriormente la resina di cui sono costituiti;
2. un bagno di pulizia, che di solito avviene in alcol isopropilico. L'alcol isopropilico è un materiale corrosive, infiammabile e ad altissima volatilità, per questi motivi deve essere maneggiato con molta cautela in ambienti molto areati e usando le dovute precauzioni. In alcuni casi la pulizia può avvenire in acqua.

Tra gli svantaggi dell'uso di resina troviamo i costi e la necessità di effettuare sempre operazioni di post-produzione e cura.

Resina standard

Se stai utilizzando una stampante SLA, DLP o LCD, avrai bisogno di qualche litro di resina. Se stai cercando qualcosa di semplice da usare senza scopi particolari, la resina standard è quello che fa per te.

Si tratta di una resina base, che solidifica con facilità al passaggio della luce, ed è perfetta per applicazioni molto varie, come la creazione di modelli concettuali, modelli funzionali, prototipi, miniature e action figures.

Le resine standard sono disponibili in una vasta gamma di colori e sono realizzate da tutti i produttori. Inoltre, è il tipo di resina più economica di tutte.

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Resina lavabile in acqua

Le resine lavabili in acqua hanno la caratteristica di poter essere sciacquate sotto acqua invece che con altri liquidi più pericolosi da maneggiare.

Le resine lavabili in acqua sono una soluzione molto più sicura e pulita da utilizzare. L'uso dell'acqua limita ulteriormente i rischi di entrare in contatto con sostante corrosive. Sicuramente si tratta di un materiale da stampa consigliabile nella maggior parte dei casi.

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Resina rapida

Le resine a cura rapida limitano le deformazioni e riducono i tempi della post-produzione.

Usa questa resina se è necessaria grande precisione, ad esempio quando crei strumenti o componenti, e se davvero non puoi attendere i tempi di pulizia completa dei tuoi modelli.

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Resina ad alta resistenza

Le resine ad alta resistenza sono commercializzate con molti nomi diversi. In ogni caso, riportano comportamenti simili all'ABS e vantano di un alto livello di resistenza agli urti.

La resina resistente è ideale per modelli concettuali, parti funzionali e prototipi che devono sopportare sollecitazioni di qualsiasi tipo. Le trovi chiamate "tough resin", "abs-like resin" o "hard resin".

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Resina flessibile

Le resine flessibili hanno la caratteristica di rimanere morbide anche a seguito della post-produzione. Si comportano come un materiale gommoso, simile al TPU per le stampanti FDM.

Se stai cercando una resina simile al TPU, puoi trovarla sotto il nome "Flex" e può essere utilizzata per realizzare oggetti in cui sono necessarie un'elevata elasticità e assorbimento delle vibrazioni. Attenzione però: flex non significa "elastico". Il comportamento elastico va sicuramente cercato su materiali appositi.

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Resina vegetale

Le resina a base vegetale sono un ottimo sostituto eco-friendly che aiutano a ridurre la tossicità del processo di stampa 3D. Queste resine sono prodotte partendo da semi di soia e piante similari, diventano al 100% a base vegetale.

Usare una resina a base vegetale non significa che puoi buttarla in giardino e guardarle decomporre! Assicurati di controllare la scheda del prodotto e non dare sempre per scontato che puoi lavarla in acqua o gettarla nel bidone dell'organico.

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Resina da colata

La resina da colata viene usata in applicazioni molto comuni ai gioiellieri, i quali possono ottenere con poche operazioni modelli per il processo a cera persa: il modello stampato 3D viene racchiuso in uno stampo in gesso, il quale viene fatto indurire. In seguito si fa uscire la resina utilizzata nella stampa, lasciando spazio per essere riempito con metalli preziosi.

La resina da colata consente di creare un modello in cera molto dettagliato, ideale per prototipare oggetti di piccole dimensioni e procedere col processo di cera a perdere. Un singolo anello o una spilla stampati in 3D possono formare lo stampo per realizzare dozzine di gioielli in oro, argento o altri metalli preziosi.

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