Come ottenere parti più resistenti stampate in 3D

Questo articolo riassume le migliori tecniche per rafforzare le stampe 3D: migliorare la geometria della parte, le impostazioni di stampa o aggiungere operazioni di post-elaborazione.
SLS 3D printed cup

La stampa 3D è in grado di creare parti plastiche e in metallo resistenti. Tuttavia, alcune applicazioni di parti stampate in 3D potrebbero richiedere molta più robustezza. Il disegno e la scelta dei materiali sono i fattori più importanti che determinano la resistenza di una parte stampata in 3D. Tuttavia, anche una parte ben progettata potrebbe mostrare debolezza e rompersi durante la stampa se vengono ignorate alcune semplici e importanti tecniche di miglioramento della robustezza.

Ci sono varie tecniche per rinforzare le stampe 3D. Queste possono essere raggruppate in tre grandi categorie: geometria della parte, impostazioni di stampa e post-elaborazione.

Geometria della Parte

La geometria della parte gioca un ruolo fondamentale nel determinare la robustezza di una stampa 3D. L’uso di raccordi e smussi aumenta la resistenza meccanica degli spigoli, mentre fazzoletti e nervature forniscono un supporto strutturale.

  • Utilizzare raccordi o smussi: I raccordi o gli smussi forniscono una solida base per le sezioni più sottili nelle parti in 3D. Prevengono dal rischio che gli ugelli rompano parti delicate della stampa.
  • Utilizzare nerve e fazzoletti: Le nervature e i fazzoletti sono estrusioni sottili che crescono perpendicolarmente da una parete o da un piano. Forniscono supporto e aumentano la forza della parte. Lo spessore delle nervature dovrebbe essere la metà di quello della parete che rinforzano e andrebbe distanziato come minimo al doppio dello spessore delle facce. Nervature grandi e alte andrebbero evitate; invece, dovrebbero essere preferite nervature più piccole.

Impostazioni di stampa 3D

Sono necessarie impostazioni ottimali del processo di stampa 3D al fine di produrre parti più resistenti. Queste impostazioni includono quanto segue.

Riempimento nella stampa 3D

Lo riempimento si riferisce semplicemente alla percentuale di materiale all’interno delle pareti perimetrali della parte 3D. Questa tecnica è comunemente usata nella stampa 3D in FDM per aumentare la resistenza. L’impostazione dello riempimento ha due parametri fondamentali, percorso di riempimento e densità di riempimento.

Percorso di riempimento

Questo parametro si riferisce a una trama ripetitiva che riempie lo spazio all’interno di una parte stampata in 3D. Di solito è nascosto alla vista finale del pezzo. Esistono numerosi stili di riempimento. Questi includono: percorso triangolare, ad archi, rettangolare, a nido d’ape o esagonale e concentrico. Il percorso di riempimento ad archi è più adatto per parti circolari o arrotondate. Lo riempimento rettangolare è in grado di fornire una parte densa al 100% grazie alla sua griglia parallela e perpendicolare. Lo riempimento esagonale offre il più alto rapporto resistenza-peso, ma richiede un tempo più lungo di stampa.

Densità di riempimento

Uno riempimento dello 0% non ha materiale, mentre un 100% fornisce una parte completamente piena. Lo riempimento al 100% rende la parte più robusta. Tuttavia, in molti casi, è un uso non necessario di materiale che ne aumenta peso e costi. Il modello a nido d’ape è migliore per percentuali inferiori al 50%, mentre il percorso rettilineo è ottimale per percentuali superiori al 50%. Le densità di riempimento comuni sono comprese tra il 20% e il 25%.

Orientamento della parte

Le parti stampate in 3D sono più resistenti nei piani paralleli al perimetro di costruzione poichè il legame molecolare all’interno di un layer è molto più forte dei legami adesivi tra i vari strati. Questi sono i piani X e Y. Sebbene questa tecnica sia comune alla stampa 3D FDM, può essere utilizzata in altri processi come SLA e SLS per migliorare la resistenza. L’orientamento della parte dipende da dove si verificheranno il carico e le pressioni sul pezzo.

3D printed part orientation
Orientamento della parte in 3D

Spessore del guscio

Questo parametro gioca un ruolo significativo nel rafforzamento delle parti in 3D. Un involucro più spesso rende una parte più robusta. Per la stampa in FDM, uno spessore del guscio che sia da 3 a 4 volte il diametro dell’ugello è il migliore per le parti che saranno soggette a carichi pesanti e sostenuti. La maggior parte dei processi di stampa 3D utilizzano uno spessore minimo standard di circa 1 mm. Tuttavia, aumentando questo si migliorerà la trazione e la resistenza all’urto. Per informazioni dettagliate sullo spessore consigliato per altre tecnologie di stampa 3D, consultare le nostre guide alla progettazione.

Processo di Post-Produzione

Per aumentare ulteriormente la resistenza delle parti stampate, potreste anche prendere in considerazione la post-elaborazione. Le seguenti operazioni di post-elaborazione possono aumentare notevolmente la resistenza delle parti stampate in 3D.

Ricottura

La ricottura è semplicemente un processo di riscaldamento di una parte stampata in 3D e il suo raffreddamento graduale per rilassare le sollecitazioni interne risultanti in una parte più dura. Mentre i metalli e il vetro possono essere ricotti, non tutti i polimeri possono esserlo. Alcuni materiali adatti alla ricottura sono il PLA, il PET e il PA 12.

Elettroplaccatura

L’elettroplaccatura è una tecnica di post-stampa che prevede l’immersione della parte in una soluzione di acqua e sali metallici. Quando la corrente viene fatta passare attraverso la soluzione, i cationi metallici formano un sottile rivestimento intorno alla parte. Questa tecnica può essere applicata a parti 3D di stampanti FDM, SLS, SLA o SCM. Dà alla parte una proprietà meccanica quasi identica alle parti metalliche, e quindi è un’alternativa molto più economica alla stampa 3D in metallo per diverse applicazioni.

Tuttavia, le parti elettroplaccate hanno ancora l’interno in plastica e quindi se vengono riscaldate a una temperatura superiore a quella di rammollimento della plastica interna, la resistenza interna viene persa; anche se il metallo esterno non si scioglie. Diversi metalli possono essere utilizzati per l’ elettroplaccatura, come lo zinco, il cromo, il nichel, il rame, ecc. Prima della elettroplaccatura, è importante eccitare la parte 3D per stabilire una superficie conduttiva adatta all’adesione del metallo. La grafite è comunemente usata per il processo di adescamento.

Rivestimento in resina

Le resine epossidiche o quelle poliestere possono essere utilizzate per il rivestimento di parti stampate in 3D. Il rivestimento epossidico è un trattamento superficiale insolubile che viene applicato con vernice epossidica. La vernice contiene due sostanze chimiche; una resina epossidica e un indurente. Il rivestimento risultante è solitamente più durevole e resistente delle parti non rivestite.

Tuttavia, il trattamento superficiale epossidico non è appropriato se sono necessarie un’estrema precisione geometrica e spigoli vivi per la parte. Le resine in poliestere, d’altra parte, sono sottili e possono essere stese su parti complesse. La resina inizia ad indurirsi dopo 5 minuti dall’applicazione e di solito impiega 24 ore per asciugarsi completamente. Il rivestimento in resina può essere applicato a qualsiasi parte da qualsiasi stampante.

Rinforzo in fibra di carbonio

Le fibre di carbonio o di vetro possono essere utilizzate anche per rinforzare le parti 3D. La fibra di carbonio ha un eccellente rapporto resistenza-peso e trova la sua miglior applicazione per parti in condizioni di carico costante. A differenza del carbonio, le fibre di vetro si piegano fino al cedimento. Le fibre possono essere applicate in due modi:

  • Rinforzo in fibra corta : In questo metodo, le fibre vengono tagliate e mescolate con il termoplastico per migliorare la resistenza e la rigidità
  • Rinforzo continuo in fibra : In questa tecnica, la fibra deve essere continuamente integrata nel termoplastico mentre viene estrusa e depositata. Questa tecnica richiede due ugelli per stampare contemporaneamente.

Conclusione

In Xometry Europe, offriamo varie opzioni di rinforzo per le parti stampate in 3D come richiesto dai clienti. Andate semplicemente sulla nostra piattaforma di preventivo istantaneo, caricate i vostri modelli, scegliendo le vostre opzioni e voilà: la vostra parte stampata in 3D ad alta resistenza vi verrà consegnata in pochi giorni.

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