LE 6 PRINCIPALI PROPRIETÀ MECCANICHE DEI MATERIALI PER LA STAMPA 3D
La scelta del materiale è la prima fase fondamentale per la realizzazione di un pezzo realizzato con la stampa 3D. In questo articolo, verranno illustrate le 6 proprietà meccaniche dei materiali per la stampa 3D principali da considerare per la scelta più adatta.
1. MODULO DI ELASTICITÀ
QUANTO E’ RIGIDO IL MATERIALE STAMPATO IN 3D?
DEFINIZIONE Il modulo elastico misura l’attitudine di un materiale a deformarsi in modo elastico
Il modulo elastico è una delle proprietà meccaniche dei materiali per la stampa 3D più importanti da valutare nel caso delle materie plastiche. Misura la rigidezza di un materiale, ovvero la sua tendenza a flettere se sottoposto a carichi. Si può quindi definire come il rapporto tra lo sforzo applicato e la deformazione che ne deriva.
Stampa 3d – Modulo elastico
Un materiale altamente rigido richiede più forza per deformarlo rispetto a uno più elastico.
ELEVATO MODULO = MATERIALE RIGIDO
BASSO MODULO = MATERIALE ELASTICO
2. ALLUNGAMENTO A ROTTURA
ALLUNGAMENTO NELLA STAMPA 3D
DEFINIZIONE L’allungamento a rottura indica la capacità di un materiale di estendersi, sotto l’azione di una sollecitazione di trazione senza rompersi.
Stampa 3D – Allungamento a rottura
L’allungamento a rottura quindi determina l’attitudine di un materiale ad allungarsi senza spezzarsi o formare crepe.
I materiali rigidi e fragili, come le ceramiche, presentano una bassa capacità di allungamento a rottura, poiché non si deformano plasticamente, mentre i materiali elastici sono in grado di allungarsi diverse volte.
Questa proprietà è importante per parti che devono essere piegate, come ad esempio il tubo di un dentifricio.
3. RESISTENZA ALL’URTO
IL MATERIALE IMPIEGATO NELLA STAMPA 3D RISPONDE AGLI IMPATTI IMPROVVISI?
DEFINIZIONE La resistenza all’urto è la caratteristica che permette a un materiale di resistere a forze dinamiche e istantanee senza rompersi.
Viene indicata anche come tenacità e più semplicemente, determina la capacità di un materiale di rispondere a impatti improvvisi.
Stampa 3D – Carico di rottura
La prova d’impatto prevede solitamente la misurazione dell’energia assorbita per spezzare il provino in un colpo solo. Un materiale con un’elevata tenacità, come il policarbonato o il nylon, è in grado di assorbire energia e deformarsi plasticamente prima di fratturarsi.
In termini più semplici, un materiale con un’elevata resistenza all’urto può cadere sul pavimento senza rompersi.
NOTA. La resistenza all’urto non è sinonimo di rigidità.
4. RESISTENZA A TRAZIONE
IL MATERIALE UTILIZZATO NELLA STAMPA 3D SI ROMPE SE SOTTOPOSTO A TRAZIONE?
DEFINIZIONE La resistenza a trazione è la proprietà che rappresenta la massima sollecitazione che un materiale può sostenere prima di arrivare a rottura.
Stampa 3D – Allungamento a trazione
Questa caratteristica indica lo sforzo massimo che un materiale può sopportare quando viene trazionato, prima di rompersi. Tra i materiali che possiedono un’elevata resistenza a trazione troviamo senza dubbio il carbone, il vetro e l’acciaio.
Una volta raggiunta la massima sollecitazione, i materiali fragili si rompono molto bruscamente, senza deformazioni plastiche, mentre quelli più duttili subiscono una deformazione plastica prima della rottura.
Oggi, la stampa 3D si è evoluta in modo tale da essere in grado di fornire una resistenza a trazione paragonabile alle plastiche tradizionali stampate a iniezione, come il polipropilene e l’ABS.
5. HEAT DEFLECTION TEMPERATURE (HDT)
IL MATERIALE RESISTE ALLE ALTE TEMPERATURE? (STAMPA 3D)
DEFINIZIONE Heat Deflection Temperature (HDT) è la proprietà che determina la temperatura (misurata in C°) alla quale è possibile deformare una plastica sotto un carico specificato (misurato in MPa).
Stampa 3D – HEAT DEFLECTION TEMPERATURE
L’HDT indica la resistenza allo stress termico di un materiale. E’ indispensabile valutare questa proprietà per la realizzazione di supporti di elementi termici, nonché per applicazioni industriali, processi produttivi di stampaggio e componenti come valvole o ugelli.
6. SCORRIMENTO VISCOSO
IL MATERIALE SE STAMPATO IN 3D SI DEFORMA NEL CORSO DEL TEMPO?
DEF. Si definisce scorrimento viscoso (o creep) la tendenza di un materiale a deformarsi lentamente. Per verificare questa proprietà meccanica, il materiale viene sottoposto a sollecitazioni costanti, mantenute per lunghi periodi di tempo e ad alte temperatura.
La deformazione quindi dipende dalla tensione applicata, dal tempo e dalla temperatura.
Scegliere un materiale con un basso scorrimento viscoso è importante per parti che devono subire stress costanti o temperature elevate e che devono mantenere la loro forma nel corso del tempo. Ideale quindi per oggetti che devono portare grandi pesi o che devono eseguire una funzione che si ripete, come la pala di una turbina.
A differenza delle altre proprietà meccaniche, lo scorrimento viscoso viene determinato con prove che richiedono un lungo periodo di tempo.
IN PRATICA…
Nella realtà pratica i progettisti che devono realizzare un pezzo con la stampa 3D non scelgono un materiale basandosi solamente su una singola proprietà meccanica, bensì bilanciando più proprietà contemporaneamente, in base all’esperienza, alle simulazioni al computer e ad altri riferimenti.
Questa guida è utile per capire le basi delle proprietà meccaniche dei materiali di stampa 3D, ma è altrettanto importante l’esperienza pratica. Per questo motivo provare a stampare la stessa parte con diversi materiali per verificarne la diversa funzionalità è fondamentale.
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Ecco alcuni esempi pratici:
1. L’imballaggio di articoli come detergenti per la casa o prodotti per capelli deve avere:
+ un elevato allungamento a rottura, ovvero la capacità di piegarsi nelle mani di un utente per poi tornare alla sua forma originale
+ una buona resistenza all’urto per evitarne la rottura in caso di caduta.
2. Un elemento che svolge la funzione di supporto ad esempio per un monitor del computer richiede:
+ che il materiale abbia un modulo di resistenza a flessione e rigidità elevati
+ un basso scorrimento viscoso, in modo che la parte continui a svolgere la propria funzione nel corso del tempo senza deformarsi lentamente.
3. Un ventilatore invece deve avere:
+dettagli sottili e precisi;
+alta resistenza all’urto;
+HDT, elevata resistenza allo stress termico;
+un basso scorrimento viscoso per mantenere la sua funzionalità nel tempo.
Puoi immaginarlo? Puoi stamparlo!
Ecco le 6 principali proprietà meccaniche dei materiali per la stampa 3D.
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