Guida definitiva ai materiale resistente al calore per la stampa 3D: i 10 migliori materiali

Introduzione

Il mondo della stampa 3D si è espanso rapidamente, offrendo una pletora di opzioni di materiali, soprattutto per le applicazioni che richiedono resistenza al calore. Che si tratti di parti automobilistiche, componenti aerospaziali o beni di consumo, la scelta del giusto materiale resistente al calore è fondamentale per il successo. In questa guida esploreremo i 10 migliori materiali per la stampa 3D resistenti al calore, approfondendo le loro proprietà, le applicazioni e gli elementi che li distinguono.

1. ABS (acrilonitrile butadiene stirene)

L'ABS è un polimero termoplastico composto da molecole di acrilonitrile, butadiene e stirene. Combina la rigidità dei polimeri di acrilonitrile e stirene con la tenacità della gomma polibutadiene. Il risultato è un materiale che presenta un'elevata resistenza agli urti, una buona tenacità meccanica e un equilibrio tra durezza e lucentezza. L'ABS è anche resistente agli acidi acquosi, agli alcali, agli acidi cloridrici e fosforici concentrati, agli alcoli e agli oli animali, vegetali e minerali, ma ha una scarsa resistenza ai solventi.

Tecnologia: Modellazione a deposizione fusa (FDM)

Caratteristiche principali: Buona forza, resistenza al calore e duttilità.

Applicazioni: Componenti automobilistici, beni di consumo e involucri elettronici.

2. ULTEM (PEI - Polieterimmide)

L'ULTEM, o polieterimmide, è un tecnopolimero ad alte prestazioni caratterizzato da un colore ambrato e traslucido. Offre una combinazione unica di elevata resistenza meccanica, ampia resistenza chimica, elevata rigidità dielettrica ed eccellente stabilità termica. ULTEM mantiene le sue proprietà in un'ampia gamma di temperature e presenta proprietà intrinsecamente ignifughe. È noto anche per la sua buona stabilità dimensionale e per le sue proprietà di isolamento elettrico.

Tecnologia: FDM, SLS (sinterizzazione laser selettiva)

Caratteristiche principali: Elevata resistenza al calore, forza e resistenza alla fiamma.

Applicazioni: Componenti aerospaziali e automobilistici, dispositivi medici e parti elettriche.

3. PP (polipropilene)

Ilpolipropilene è un polimero termoplastico leggero e durevole, riconosciuto per la sua resistenza a un'ampia gamma di sostanze chimiche, tra cui solventi, basi e acidi. Ha un elevato punto di fusione, che lo rende adatto ad articoli che possono essere sottoposti a calore. Il PP è noto per la sua flessibilità, l'eccellente isolamento elettrico e la buona resistenza alla fatica. Viene spesso utilizzato in applicazioni che richiedono ripetute piegature, come le cerniere.

Tecnologia: FDM, SLS

Caratteristiche principali: Elevata resistenza alla fatica, elasticità e resistenza chimica.

Applicazioni: Parti automobilistiche, beni di consumo e materiali di imballaggio.

4. Filamenti metallici

I filamenti metallici sono una miscela di polveri metalliche sottili con un legante polimerico plastico. Consentono la stampa 3D in metallo combinando la tradizionale estrusione di filamenti con tecniche di post-elaborazione come la sinterizzazione. Questi filamenti possono produrre parti con proprietà simili al metallo, tra cui la conducibilità termica ed elettrica. Le parti finali spesso richiedono la sinterizzazione in un forno ad alta temperatura per bruciare il legante e fondere insieme le particelle metalliche, ottenendo una parte metallica densa.

Tecnologia: FDM per i filamenti compositi, sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS) per le parti interamente in metallo.

Caratteristiche principali: Elevata forza e resistenza termica; richiede una post-lavorazione.

Applicazioni: Componenti aerospaziali, parti automobilistiche e utensili speciali.

5. Policarbonato (PC)

Ilpolicarbonato è un materiale termoplastico ad alte prestazioni noto per la sua eccezionale trasparenza, resistenza agli urti e al calore. Può trasmettere oltre il 90% della luce, è chiaro come il vetro ed è praticamente infrangibile. Il PC è anche resistente alla temperatura e può sopportare condizioni estreme mantenendo le sue proprietà. È un materiale versatile utilizzato in un'ampia gamma di applicazioni che richiedono elevate prestazioni e affidabilità.

Tecnologia: FDM, SLA (Stereolitografia)

Caratteristiche principali: Eccellente tenacità, resistenza al calore e proprietà ottiche.

Applicazioni: Dispositivi di protezione, componenti automobilistici e lenti ottiche.

6. PEEK (Polietere Etere Chetone)

IlPEEK è un materiale termoplastico semicristallino con eccellenti proprietà meccaniche e di resistenza chimica che si mantengono anche ad alte temperature. È una delle poche materie plastiche compatibili con le applicazioni ad altissimo vuoto. Il PEEK è altamente resistente alla degradazione termica e all'attacco di ambienti organici e acquosi. È ampiamente utilizzato nelle applicazioni ingegneristiche più esigenti, soprattutto quelle che richiedono un elevato rapporto forza-peso.

Tecnologia: FDM, SLS

Caratteristiche principali: Eccezionale stabilità termica, resistenza chimica e meccanica.

Applicazioni: Aerospaziale, impianti medici e componenti automobilistici ad alte prestazioni.

7. Alluminio AlSi10Mg

L'alluminio AlSi10Mg è una lega di alluminio comune nella produzione additiva. Combina le proprietà leggere dell'alluminio con l'alta conducibilità termica del silicio e la resistenza del magnesio. Questa lega è nota per la sua buona duttilità, l'eccellente rapporto resistenza/peso e le proprietà termiche. È tipicamente utilizzata in applicazioni che richiedono un alto livello di resistenza alla corrosione e di saldabilità.

Tecnologia: Sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS), fusione laser selettiva (SLM)

Caratteristiche principali: Leggerezza, buone proprietà termiche e resistenza alla corrosione.

Applicazioni: Parti automobilistiche, componenti aerospaziali ed elettronici di consumo.

8. Acciaio inox 316L

L'acciaio inox 316L è un acciaio inossidabile austenitico al molibdeno con una maggiore resistenza alla corrosione da ioni cloruro rispetto ad altri acciai inossidabili al cromo-nichel. È noto per la sua eccellente tenacità, anche a temperature criogeniche. Questo tipo di acciaio è comunemente utilizzato in ambienti con prodotti chimici aggressivi e trova largo impiego nell'industria alimentare e medica.

Tecnologia: DMLS, SLM

Caratteristiche principali: Elevata resistenza alla corrosione, proprietà meccaniche e saldabilità.

Applicazioni: Dispositivi medici, applicazioni marine e apparecchiature per il trattamento chimico.

9. Inconel 718

L'Inconel 718 è una lega di nichel-cromo utilizzata per la sua elevata resistenza, l'eccellente resistenza alla corrosione e la capacità di sopportare temperature estreme. Questa superlega è nota per la sua buona resistenza alla trazione, alla fatica, allo scorrimento e alla rottura a temperature fino a circa 700°C (1290°F). È comunemente utilizzata in ambienti ad alta sollecitazione come turbine a gas, motori a razzo e reattori nucleari.

Tecnologia: DMLS, SLM

Caratteristiche principali: Eccellente resistenza meccanica, resistenza alla corrosione e stabilità termica.

Applicazioni: Componenti di motori aerospaziali, turbine a gas e applicazioni ad alta temperatura.

10. Fibra di carbonio

Lafibradi carbonio è composta da filamenti di atomi di carbonio allineati in una formazione cristallina. È nota per l'elevata rigidità, l'alta resistenza alla trazione, il peso ridotto, l'alta resistenza chimica, la tolleranza alle alte temperature e la bassa espansione termica. Queste proprietà rendono la fibra di carbonio molto popolare nei settori aerospaziale, dell'ingegneria civile, militare e degli sport motoristici, oltre che in altri sport da competizione.

Tecnologia: Spesso utilizzata nei materiali compositi in FDM o in filamenti rinforzati.

Caratteristiche principali: Elevato rapporto resistenza-peso, rigidità e conduttività termica.

Applicazioni: Aerospaziale, automotive e attrezzature sportive.

Proprietà dei materiali di stampa 3D resistenti al calore

Ecco la tabella contenente il punto di fusione, la temperatura di transizione vetrosa e la resistenza alla trazione dei dieci materiali di stampa 3D resistenti al calore:

Nota bene:

Per materiali come i filamenti metallici e la fibra di carbonio, le proprietà possono variare in modo significativo a seconda del tipo specifico o del materiale composito.

La designazione "Non applicabile" viene utilizzata per i materiali in cui una proprietà specifica (come il punto di fusione della fibra di carbonio) non è rilevante o non ha un valore definito.

Costo dei materiali di stampa 3D resistenti al calore

Ecco la tabella che presenta un confronto dei costi per i materiali di stampa 3D resistenti al calore specificati:

Questa tabella fornisce una panoramica delle fasce di costo per ciascun materiale, classificate da basse a molto alte. Tenete presente che questi prezzi sono approssimativi e possono variare in base a fattori quali la qualità, il fornitore, l'ubicazione e le condizioni di mercato. Per conoscere i prezzi più precisi e aggiornati, si consiglia di contattarci.

Conclusione

La scelta del giusto materiale resistente al calore per la stampa 3D dipende dai requisiti specifici dell'applicazione, tra cui l'esposizione alla temperatura, le sollecitazioni meccaniche e le condizioni ambientali. Ognuno di questi 10 principali materiali offre proprietà e vantaggi unici. La loro comprensione consente di sfruttare appieno il potenziale della stampa 3D per le applicazioni ad alta temperatura, spingendo i confini dell'innovazione e del design.