Stampante 3D FDM: Filamenti

Per filamento intendiamo il materiale termoplastico estruso per creare l'oggetto nelle stampanti FDM. In questo capitolo faremo una panoramica dei vari tipi di materiali esistenti sul mercato, discutendo modalità di utilizzo e parametri di scelta per ottenere il risultato migliore. In questo modo, nel caso avessimo già in mente cosa stampare, possiamo capire quale materiale può offrire il risultato migliore.

Caratteristiche

I filamenti possono avere due diversi diametri: 3mm o 1.75mm. Queste dimensioni rappresentano lo standard in commercio, dove il secondo rappresenta il più venduto.
Il materiale con cui sono composti varia in continuazione, spaziando dai più comuni e convenzionali ai meno usati e sperimentali.
Vediamo di seguito quali sono i materiali più utilizzati.

PLA

Il PLA è probabilmente il materiale più comune, grazie alla sua facilità d’uso e al costo contenuto. È la scelta più consigliata se questa è la prima volta che ci si approccia al mondo della stampa 3D.
Ha una temperatura di fusione molto bassa, che si aggira tra i 190 °C e i 220 °C, a seconda dei casi, per cui può essere estruso virtualmente su qualsiasi macchina.
Un grande vantaggio è il fatto che non è necessario possedere un letto riscaldante per poterlo utilizzare in stampa, il che è un fattore da non sottovalutare, dato che lo rende adottabile da un range più ampio di stampanti.
Ha una resistenza meccanica contenuta per cui potrà essere utilizzato solo per compiti che richiedono sforzi minimi poiché si danneggierà non appena ad esso sarà applicata una forza eccessiva.
Il suo uso più comune è per stampe di tipo estetico o dimostrativo data la facilità di realizzazione di particolari e dettagli e la possibilità di post-produrlo tramite lavorazione e pittura dei pezzi.
Esistono sul mercato diversi tipi di PLA, ognuno con proprietà e componenti diversi. Ad esempio possiamo vedere nell'immagine due tipologie particolari di PLA:

• PLA Wood: è caratterizzato da fibre di vero legno presenti nella composizione e ciò conferisce al prodotto finito una sensazione tattile molto simile al legno, migliore se l'oggetto viene lavorato con carta vetrata e dipinto con mordente; il legno viene inserito tramite un processo di micronizzazione e la sua presenza permette la stampa di questo materiale solo da ugelli con diametro superiore a 0,4 mm.

• PLA Plus: nella foto è quello in bianco ma è disponibile in molti colori. Non ha grandi differenze rispetto al PLA convenzionale ma una volta stampato possiede una miglior qualità superficiale, simile all'ABS, e risulta più lucido.

ABS

L’ABS si trova subito dopo il PLA nella lista dei materiali più utilizzati, anch’esso grazie al costo contenuto.
Ha una temperatura di fusione leggermente più alta, la quale può arrivare anche a 265 °C, per cui, nel caso si volesse stampare con questo tipo di filamento, si dovrà utilizzare un hotend interamente in metallo, dato che, nel caso se ne utilizzasse uno con all'interno un tubo in teflon, questo degraderebbe a causa dell’alta temperatura.
I punti forti di questo materiale sono la buona resistenza meccanica e termica che lo rendono un ottimo candidato per stampe destinate a sopportare sforzi di vario tipo.
A differenza del PLA, l’ABS può essere immerso in un bagno di vapori di acetone, questo permette alla superficie di sciogliersi leggermente rendendo lisce le pareti della stampa e facendo sparire la divisione tra gli strati di materiale estruso.
Queste caratteristiche, tuttavia, si ottengono a un costo. L’estrusione di questo materiale comporta il rilascio di fumi nocivi per la salute per cui è consigliato stampare in un’area ben ventilata. Inoltre la notevole variazione di dilatazione termica causa durante il processo di stampa un restringimento parziale del materiale portando al distacco dal letto di stampa o imperfezioni di vario tipo. Per risolvere questo problema è necessario utilizzare la stampante all'interno di un box chiuso per mantenere un’alta temperatura ambientale dato che sono proprio le basse temperature il nemico di questo materiale. Inoltre è praticamente obbligatorio l’uso di un letto riscaldante per avere la massima adesione possibile.

PETG

Il PETG rappresenta un punto d’incontro tra i due filamenti appena analizzati ed è anch'esso abbastanza economico.
Possiede caratteristiche che si collocano cioè a metà tra i precedenti materiali, tra cui la resistenza termica e meccanica, entrambe leggermente più basse dell’ABS e maggiori del PLA.
Non richiede particolari cure durante il processo di stampa se non alcuni accorgimenti minori nelle impostazioni iniziali, come la temperatura di fusione variabile a seconda del tipo adoperato.
Può essere un ottimo sostituto per l’ABS grazie alle buone proprietà prestazionali, alla maggior facilità di stampa e all'assenza di rilascio fumi nocivi, condizioni che lo rendono un materiale più user-friendly.
È consigliato, tuttavia, l’utilizzo di nastro adesivo blu o uno strato spesso di collante sul letto di stampa nel caso si stampi su una lastra di vetro, poiché esiste la possibilità che il materiale si fonda con il letto e che, durante la rimozione del pezzo, questo si spezzi.
La post-produzione non è molto semplice, infatti, anche se si possono utilizzare strumenti per migliorare la forma come trapani o carta vetrata, per poterlo pitturare bisogna utilizzare sostanze specifiche che devono essere maneggiate con attenzione dato che potrebbero essere pericolose al contatto diretto con la pelle.
Il PETG, se conservato in un ambiente non idoneo, è propenso ad assorbire umidità e questo può renderlo più fragile e facile da rompere, per cui, è buona norma conservarlo in un ambiente asciutto.

TPU (Filamenti Elastici)

Il TPU è un tipo di filamento molto particolare esso, infatti, possiede una certa elasticità che lo rende adatto agli usi più disparati.
Questo può essere più o meno rigido a seconda del modello e, modificando le impostazioni di riempimento durante il processo di stampa, possiamo rendere il modello stampato elastico quanto vogliamo.
Possiede prestazioni simili al PLA e anch’esso non ha bisogno di un letto di riscaldato per poter essere usato.
Il peggior nemico di questo materiale è la frizione durante l’estrusione. A causa della sua natura elastica, se il filamento incontra difficoltà durante l’alimentazione, come per esempio un tubo bowden troppo stretto, questo tenderà a contrarsi e a creare problemi come sotto-estrusioni o blocchi interni. In questo caso è sempre meglio stampare a velocità contenute e utilizzando estrusori di tipo direct e hotend con tubo in teflon per minimizzare il percorso del filamento.

Nylon

Il nylon è uno dei materiali più difficili da stampare e possiede un costo più elevato rispetto ai precedenti ma le sue caratteristiche non sono paragonabili alle alternative che abbiamo presentato.
Il punto forte di questo materiale è la notevole resistenza meccanica di molto superiore rispetto ad altri filamenti come l’ABS. Questo permette un utilizzo intensivo di eventuali stampe ottenute con esso, sfruttandolo per compiti che richiedono uno sforzo non comune.
Bisogna comunque tenere a mente che la sua resistenza termica non è pari a quella meccanica per cui bisogna scegliere bene per cosa usarlo e assicurarsi che le alte temperature non rappresentino un problema.
La maggiore insidia nella stampa del nylon è l’adesione al letto di stampa che può risultare insufficiente. Per ottenere una stampa potrebbe essere necessario utilizzare adesivi o collanti specifici.

Conclusioni

Questi sono i materiali più comuni e utilizzati ma si possono trovare filamenti di ogni tipo in vendita, dalle semplici varianti di quelli che abbiamo illustrato sino ai più sperimentali ed esotici.
Ora che ci siamo fatti un'idea dei materiali con cui lavorare, dobbiamo conoscere gli altri strumenti che potranno rivelarsi utili per una produzione efficiente e senza intoppi.
Nel prossimo capitolo presenteremo, appunto, gli strumenti essenziali e anche alcuni oggetti che potranno aiutarci e facilitare il lavoro.