L’additive manufacturing consente di realizzare oggetti tridimensionali sovrapponendo sottili strati di vari materiali. Questa tecnologia è sempre più popolare per la personalizzazione precisa e veloce di parti. L’evoluzione della produzione additiva è guidata da materiali innovativi che offrono eccellenti proprietà meccaniche, termiche e chimiche, aprendo la strada a nuove applicazioni industriali.
di Giuseppe De Marco, Advanced Technology and Manufacturing Engineer presso Kilometrorosso
I materiali disponibili per la produzione additiva variano per proprietà e stato fisico, spaziando da plastiche a metalli e biomateriali. In questo articolo saranno approfondite le varie tipologie di materiali utilizzati nel mondo del 3D printing analizzandone proprietà e campi di applicazione.
Materiali Innovativi nell’Additive Manufacturing: plastici, compositi e superpolimeri al centro della rivoluzione Industriale
Nel mondo dell’additive manufacturing, sono i materiali plastici a tenere il palcoscenico principale, superando le restrizioni dei tradizionali processi di stampaggio. Ecco alcuni esempi: il policarbonato (PC) diventa l’anima dei componenti meccanici e delle automobili, l’acido polilattico (PLA) si distingue per la sua biodegradabilità ed eco-sostenibilità, risultando perfetto per utilizzi a breve termine. Il poliuretano termoplastico (TPU) rivela la sua versatilità come un elastomero flessibile che affronta resistenza all’acqua e all’abrasione, eccellente per parti che richiedono flessibilità. L’ABS e le poliammidi emergono con la loro rigidezza: l’ABS offre solidità termica e chimica, ma con una nota di precauzione per le emissioni gassose tossiche, mentre il PA11 si distingue per la sua duttilità e il PA12 per la sua robustezza.
Tuttavia, uno degli aspetti più sorprendenti dell’AM risiede nell’uso dei materiali compositi, fondamentali nelle tecnologie di produzione additiva (AM) per creare componenti dalle proprietà uniche che sfidano i materiali convenzionali. Questi materiali risultano dall’unione di elementi con differenti proprietà meccaniche, come la combinazione di fibra di carbonio e resina epossidica, che dà vita a materiali compositi leggeri e incredibilmente resistenti, perfetti per settori come l’aerospaziale e l’automotive. Per ottenere questi risultati, sono utilizzate diverse tecnologie a seconda della fase iniziale del materiale, sia esso un filamento o una polvere.
L’utilizzo di questi materiali rappresenta un valido concorrente per i metalli, garantendo prestazioni paragonabili in specifiche applicazioni e aprendo la porta alla sostituzione di oggetti che solitamente verrebbero realizzati con metodi tradizionali. Parallelamente, i “superpolimeri” si affermano come una classe di materiali avanzati, con proprietà meccaniche e fisiche fuori dal comune. Prendiamo ad esempio il PEEK, celebre per la sua capacità di resistere ad alte temperature, la sua durezza, rigidità e stabilità dimensionale. Questi materiali si rivelano strumentali in settori che richiedono componenti ad alte prestazioni come pompe, ingranaggi e parti per l’industria alimentare e automobilistica.
L’AM sta agitando le fondamenta della produzione, offrendo la possibilità di sfruttare materiali innovativi in maniera ottimale per un vasto spettro di applicazioni industriali. Un processo in evoluzione che apre nuove strade verso la creazione di prodotti con proprietà distintive e prestazioni migliorate.
Il ruolo chiave dei materiali metallici
Nel vasto mondo dell’additive manufacturing (AM), i materiali metallici si rivelano autentici protagonisti grazie alla loro straordinaria resistenza e alle capacità conduttive. Tuttavia, vale la pena notare che non tutti i materiali che abbiamo imparato a conoscere nei processi tradizionali si prestano alla stampa 3D con la stessa agilità. La chiave sta nel definire una composizione chimica ottimale, su misura per l’AM, capace di esaltare al massimo le caratteristiche richieste. In questo gioco, il focus si sposta dalle materie prime convenzionali alle proprietà necessarie per l’applicazione in questione.
Guardiamo ad esempio alle leghe metalliche, come l’acciaio inossidabile 316L e il 17-4PH. Sono diventate scelte frequenti per la loro elevata resistenza alla corrosione e all’usura, ideali in contesti dove queste proprietà sono non negoziabili. Non da meno, il titanio, una sfida per i metodi tradizionali, diventa un attore chiave nell’AM, soprattutto per componenti ad alto valore. Qui, il titanio emerge con leggerezza e resistenza, una combinazione che ne fa un alleato imprescindibile in situazioni dove le prestazioni devono sposarsi con l’eccellenza.
Ma la scena non si ferma qui. Gli allumini entrano in gioco, leggeri e robusti, dimostrando di essere adatti a un’ampia gamma di applicazioni, soprattutto nell’aerospaziale e nell’automotive, dove il bilanciamento tra leggerezza e robustezza è un elemento chiave. E a sorpresa, il rame sta riconquistando attenzione e spazio. La sua conducibilità termica ed elettrica straordinaria lo rende perfetto per parti elettriche e motori, dimostrando che anche i materiali più classici possono trovare nuovi e affascinanti ruoli nell’AM.
L’elemento affascinante è come questi materiali metallici siano in grado di adattarsi a svariate esigenze e applicazioni, grazie alla loro versatilità dando vita a soluzioni affidabili e sempre più innovative
È un mondo in continua evoluzione, dove l’AM è la chiave per svelare il potenziale nascosto di questi materiali, aprendo la porta a nuovi orizzonti di realizzazione e scoperta.
La sfida dei materiali nell’Additive Manufacturing: Innovazioni e Opportunità
L’additive manufacturing (AM) affronta sfide nella scelta e nell’ottimizzazione dei materiali per migliorare la qualità e l’affidabilità degli oggetti stampati. La sfida chiave è selezionare materiali adatti alle specifiche applicazioni, tenendo conto delle compatibilità con le tecnologie di stampa. Ciò richiede lo sviluppo di nuovi materiali con nuove proprietà per diversi sistemi industriali.
Nei materiali ceramici, l’AM vede il suo punto di forza, grazie alla loro resistenza meccanica, all’usura, alla corrosione e alla biocompatibilità. Questi materiali comprendono zirconia, alluminosilicati, bioceramiche e compositi, utilizzati in settori come meccanica, medicina, biotecnologia, elettronica e aerospaziale. L’AM consente la produzione di protesi, dispositivi chirurgici e componenti resistenti alle alte temperature.
Recentemente, il legno è stato integrato nell’AM con successo, specialmente per creare oggetti decorativi e di design con un aspetto naturale grazie a una combinazione di polvere di legno e polimero termoplastico. Materiali biodegradabili come policaprolattone (PCL) e poli-butilene succinato (PBS) stanno emergendo, offrendo soluzioni ecologiche per oggetti monouso come contenitori alimentari. Metalli, resine, ceramiche e compositi sono cruciali per lo sviluppo di nuove applicazioni industriali, guidando la continua evoluzione del campo e dunque l’uso di materiali innovativi nell’AM aprirà la strada a nuove opportunità per prodotti con proprietà uniche e migliori performance.
