3D Printing Materials

Materiali per la stampa 3D

Nuovi materiali e nuove stampanti: il mondo della produzione industriale sta subendo una vera e propria rivoluzione grazie alla stampa 3D. Se fino a poco tempo fa la stampa additiva era riservata alla creazione di prototipi o di pezzi unici, oggi si sta assistendo all'introduzione di stampanti tridimensionali per la produzione di scala nei settori dell'automotive e aerospaziale, ma anche in campo biomedico e nell'abbigliamento. L'evoluzione tecnologica ha permesso di velocizzare e migliorare il processo di stampa e i nuovi materiali consentono di ottenere componenti che hanno caratteristiche uguali se non superiori a quelle ricavate con i metodi di stampaggio tradizionale.

La tecnologia additiva ha il vantaggio di avere una precisione e una flessibilità di progettazione uniche e risponde bene alla necessità di personalizzazione sempre più richiesta dai consumatori e dai mercati. Quello che va perfezionato nella stampa 3D è la capacità di ottenere un prodotto con le stesse capacità meccaniche e di finitura tipiche della tecnologia di stampaggio tradizionale. Uno dei nodi principali risiede nei materiali per la stampa 3D. Bisogna pensare che per la produzione tradizionale esistono sul mercato circa 3.000 tipi diversi di polimeri, tra resine, poliuretani e poliesteri, mentre per la stampa 3D ne sono attualmente disponibili solo una trentina.

Covestro sta lavorando per ampliare il catalogo dei materiali per la stampa digitale sia con una politica di acquisizione industriale che con progetti di ricerca e di collaborazione con i produttori di macchine.

Crediamo fortemente nella stampa 3D perché questo tipo di produzione ha alti gradi di sostenibilità ambientale perché consente una produzione a chilometro zero e elimina gli scarti. Se si investe in materiali riciclabili o con polimeri a base biologica si renderanno più concreti e attuabili i principi dell'economia circolare.

Materiali ad alta tecnologia per la stampa 3D

Le sfide principali nel campo della stampa 3D riguardano da un lato i costi e dall'altro la disponibilità di materiali in grado di assicurare le richieste di flessibilità, durezza, resistenza o trasparenza delle tecnologie esistenti. Covestro ha messo a punto una serie di polimeri studiati espressamente per le diverse tecnologie additive che uniscono caratteristiche fisiche e meccaniche a proprietà di ecosostenibilità, la possibilità di riciclo o la biocompatibilità. È un lavoro in stretta partnership con i produttori di stampanti per creare una sinergia tra le diverse tipologie di stampa tridimensionale e i materiali da utilizzare.

La competitività di stampanti 3D con tecnologie più sofisticate e veloci della più diffusa FDM (deposito di filamenti) rendono possibile l'uso di materiali avanzati e migliorano sia il risultato finale che i tempi di produzione. Si tratta di sistemi a laser con fusione del letto di polvere (detta SLS) o la fotopolimerizzazione in vasca (SLA) che utilizza dei polimeri liquidi. Questi due sistemi sono più veloci e permettono dettagli e forme complessi non realizzabili con la classica stampa additiva a filamenti. Il limite di queste tecnologie era costituito dai materiali perché fino a poco tempo fa si poteva utilizzare un solo tipo di polimero. Si trattava di un materiale di alta gamma e quindi estremamente costoso. Covestro ha introdotto e ha sperimentato con successo l'uso del poliuretano termoplastico (TPU) in polvere, liquido o in filamenti che ha dimostrato flessibilità e competitività economica. Ma soprattutto è possibile creare componenti elastici fino a questo momento non ottenibili con la stampa additiva.

Oltre allo stampaggio di pezzi industriali Covestro sta studiando l'uso della stampa 3D nell'applicazione degli adesivi. Questa tecnica dà nuove possibilità ai produttori di rivestimenti e di coating in diversi settori. Con l'applicazione goccia a goccia si ridurrebbe il fenomeno dell'overspray con conseguente riduzione dello spreco di materiale e aumento della sicurezza e della qualità.

Filamenti per la stampa additiva

Il catalogo Covestro possiede una estesa gamma di filamenti per la stampa 3D. Il policarbonato può essere miscelato in quantità variabili con ABS, ASA, o con poliesteri come PET o PBT. La personalizzazione delle miscele di polimeri può fornire materiali perfetti anche per applicazioni speciali in campo medico o per uso alimentare. Il poliuretano termoplastico e il policarbonato di alta qualità studiato nei laboratori Covestro offrono alta resistenza e flessibilità nelle le temperature di utilizzo per essere usati con differenti tipologie di stampanti. Il TPU messo a punto dai laboratori ha uno straordinario comportamento fisico nella fusione che si traduce in un'elevata coesione tra gli strati. Tutte le caratteristiche del TPU vengono conservate nella stampa additiva che così riesce a produrre componenti resistenti all'abrasione, agli urti, stabili termicamente e ignifughi.

Le caratteristiche dei policarbonati e dei poliuretani termoplastici nella stampa 3D sono:

• versatilità: grande scelta di materiali e miscele
• durezza: gamma di durezze da Shore 60A a Shore 75D
• solidità: perfetto incollaggio degli strati
• resistenza al fuoco
• adattabilità: ampia molteplicità di temperatura di fusione.

A completare la gamma dei filamenti ci sono le plastiche termoconduttive. Si tratta di una vera e propria rivoluzione nel campo delle applicazioni della stampa 3D perché questo materiale ha la capacità di trasferire calore come un metallo ma con i vantaggi di flessibilità, progettazione, proprietà al costo della plastica convenzionale.

Poliuretani termoplastici in polvere per la stampa 3D

Le polveri sono utilizzate nei processi di stampa 3D a sintetizzazione laser selettiva (SLS) e a sintetizzazione ad alta velocità (HSS). Nel primo metodo un laser polimerizza la polvere contenuta in una camera di stampa seguendo passo passo il modello disegnato. Il secondo procedimento è ancora più rapido con una lampada a raggi infrarossi sintetizza strato per strato il polimero su cui è stato depositato un inchiostro che riproduce il disegno. Le stampanti HSS hanno una velocità di esecuzione che si avvicina molto ai metodi di stampa industriali e quindi può essere la premessa all'adozione per la produzione di scala della stampa 3D. Le polveri in poliuretano termoplastico di Covestro rappresentano un grande vantaggio per le aziende che vogliono intraprendere questa strada. Le lunghe catene molecolari del poliuretano messo a punto dai laboratori hanno un comportamento regolare in fusione e un risultato meccanico eccellente per quanto riguarda buona resistenza a strappi e abrasioni.

Il TPU in polvere per la stampa 3D è:

• ecologico: è riciclabile quasi al 100%
• resistente: agli strappi, all'abrasione, agli urti
• versatile: polimerizza a diverse temperature.

Poliuretani liquidi per la stampa 3D

La versatilità del poliuretano può essere sfruttata nella stampa 3D detta sterolitografia (SLA). In questa tipologia di stampanti si utilizza un laser o un proiettore per avviare il processo di fotopolimerizzazione del poliuretano liquido iniettato da ugelli o siringhe. Per le sue caratteristiche di reticolazione, questo polimero ha proprietà meccaniche isotropiche, che conferisce uniformità e stabilità a tutte le parti del pezzo stampato. Ma altre proprietà come flessibilità, tenacità resistenza all'usura rendono il PU perfetto in applicazioni dove queste caratteristiche fisiche sono indispensabili. Il poliuretano liquido di Covestro ha una ottima compatibilita con gli isocianati e i polioli per poter ottenere delle resine personalizzate che possano rispondere ai diversi bisogni produttivi. Il poliuretano liquido è perfetto se si ha bisogno di:

• solidità e tenuta del colore
• trasparenza
• resine personalizzabili con specifiche proprietà fisiche
• basso ritiro e precisione di stampa
• elevata resistenza agli agenti chimici e atmosferici.

Le applicazioni della stampa 3D

I nuovi materiali per la stampa 3D stanno dando una forte spinta alla realizzazione di componentistica in diversi settori industriali. Covestro partecipa a numerosi progetti sperimentali per mettere a punto con i produttori la fattibilità di un'adozione diffusa della stampa additiva.

Questa tecnologia è preziosa nel caso di richieste da soddisfare rapidamente senza mettere in atto complesse linee di fabbricazione industriale o dove c'è bisogno di forte personalizzazione e produzione su misura.

Nel settore dell'abbigliamento sono state create delle solette di scarpe personalizzabili e altra componentistica per calzature tecniche, ma si sta sperimentando la creazione di tessuti tridimensionali per capi su misura durevoli e completamente riciclabili.

Con il poliuretano termoplastico è possibile produrre corpi per lampadine a led. Per la leggerezza e conducibilità termica il polimero termoconduttivo è perfetto per i gusci protettivi dei led perché permette al diodo di non riscaldarsi e quindi di durare più a lungo. Lo stesso vale per le componenti elettroniche in automotive che con caratteristiche termiche e ignifughe imbattibili.

Nel settore biomedico la stampa 3D diventerà indispensabile per le possibilità di personalizzazione. Covesto ha collaborato con le sue resine alla produzione di protesi acustiche perfettamente adattate alla persona. Gli apparecchi hanno componenti morbidi flessibili, resistenti ai movimenti e ad altri fattori come creme, sudore, raggi UV.