L’importanza di un’ampia gamma di polveri SLS

Man mano che la stampa 3D si evolve e matura, così fanno le aspettative che la circondano. Per soddisfare queste crescenti aspettative e per affrontare un numero crescente di casi d’uso per la stampa 3D, nella prototipazione e nella produzione per uso finale, è importante riconoscere che la stampante 3D stessa è solo una parte dell’equazione. Un elemento chiave è anche la selezione dei materiali, in questo caso i materiali in polvere SLS.

Guardando specificamente alla sinterizzazione laser selettiva (SLS), la tecnologia è stata inizialmente associata a un’ampia gamma di materiali, nonché a stampe ad alta precisione e alla capacità di produrre geometrie complesse senza supporti. Questo era quando SLS era un processo altamente esclusivo, soprattutto a causa del suo costo elevato e della sua natura industriale. Tuttavia, questo ha iniziato a cambiare nel 2014, quando il brevetto SLS è scaduto e alcune aziende, come Sinterit, sono entrate nel mercato con sistemi da banco più convenienti. Questi nuovi sistemi, sebbene oltre dieci volte più economici rispetto alle stampanti SLS industriali, non avevano lo stesso grado di compatibilità dei materiali. Ma perché?

In che modo il tipo di laser influenza la scelta della polvere SLS

Una delle cose principali da notare, fin dall’inizio, è che i sistemi SLS da banco non sono stati sviluppati semplicemente ridimensionando le macchine SLS industriali; nuove configurazioni dovevano essere progettate. I laser a CO2 nei sistemi industriali, ad esempio, misurano tipicamente più di un metro di lunghezza, il che ne preclude l’utilizzo nei sistemi desktop. Le macchine SLS industriali integrano anche un complesso sistema di specchi per controllare la direzione del raggio laser. 

D’altra parte, nelle stampanti 3D SLS di piccole e medie dimensioni, viene utilizzato un diodo laser a infrarossi più compatto invece di un laser a CO2. Questo tipo di laser, sebbene in grado di raggiungere la stessa precisione dei laser a CO2, non è compatibile con i materiali bianchi. (Chi ha familiarità con l’SLS industriale saprà che molti materiali in polvere utilizzati sono bianchi).

“Alcuni anni fa, quando abbiamo sviluppato la nostra prima stampante 3D SLS, Sinterit Lisa, i clienti chiedevano costantemente se potevano usare una polvere PA12 bianca”, spiega Konrad Glowacki, co-fondatore e Chief Business Development Officer di Sinterit. “Le stampe in nero e grigio erano una novità in quel momento, quindi per qualcuno che era abituato alla stampa 3D SLS poteva essere strano”.

PA12 Smooth, il re delle piccole polveri SLS

Il primo materiale disponibile per le piccole stampanti 3D SLS era PA12, noto per l’eccellente qualità della superficie e dei dettagli, nonché per la sua rigidità. Oggi, il materiale è ampiamente utilizzato per prototipi funzionali e parti finali con molti dettagli, forme complesse ed elementi meccanici. Il materiale, come molti sapranno, è caratterizzato da un colore grigio scuro o nero. Come sottolinea Sinterit, queste tonalità presentano alcuni vantaggi. Per uno, il colore non cambia mai e non si consuma. Le parti bianche realizzate con sistemi basati su laser CO2, al contrario, iniziano a ingiallire se esposte ai raggi UV. 

Inoltre, il colore scuro del PA12, ottenuto aggiungendo una piccola quantità di assorbente al polimero, non influenza le proprietà originali del materiale. Test di laboratorio hanno rilevato che eventuali differenze rientravano nel margine di errore statistico. Dal punto di vista dell’utente, anche le aspettative sembrano adattarsi. Come spiega Glowacki: “Con il passare degli anni, riceviamo meno domande sul colore bianco, ma la richiesta di un’ampia gamma di diversi tipi di materiali sta aumentando in modo significativo”.

Quali sono le opzioni di materiale per SLS da banco?

Sebbene le stampanti 3D laser a diodi non siano compatibili con i materiali bianchi, ciò non significa che siano limitate in termini di diversità dei materiali. Ad esempio, è possibile stampare materiali PA, TPU e TPE, tra gli altri, utilizzando un sistema SLS da banco. Tuttavia, ci sono alcuni fattori che influenzano la capacità di un sistema di stampare vari materiali. Per migliorare la selezione dei materiali e la libertà per gli utenti finali, le stampanti 3D devono essere facili da pulire e avere impostazioni di stampa regolabili, soprattutto per passare da un materiale con punto di fusione inferiore come il TPE a uno con un punto di fusione più alto come PA.

“Per produrre una stampante 3D SLS in grado di funzionare con vari materiali, è necessario sviluppare centinaia di iterazioni”, afferma Michal Grzymala-Moszczynski, Operations Manager e co-fondatore di Sinterit. “Un piccolo cambiamento in un’area può comportare la modifica di altri parametri, che alla fine influenzeranno il processo di stampa. Questo è il motivo per cui il nostro dipartimento di ricerca e sviluppo lavora simultaneamente su meccanica, hardware e software. Avere oltre un migliaio di stampanti Lisa e Lisa PRO in tutto il mondo dimostra che la nostra idea funziona”.

Un materiale per ogni esigenza

SLS non è solo una popolare soluzione di stampa 3D per chi cerca parti con accuratezza dimensionale e durata: la tecnologia può anche affrontare altre proprietà come isolamento, conduttività elettrica, flessibilità e tenuta. Gli utenti finali necessitano di una serie di materiali tra cui scegliere per abbinare le proprietà di cui hanno bisogno per la loro prototipazione o applicazione finale. Sinterit riconosce l’importanza della scelta dei materiali e oggi offre la più ampia selezione di materiali per le piccole stampanti SLS. Il suo attuale portafoglio di materiali è composto da:

• PA12, materiale leader per SLS

Come accennato, PA12 è il materiale SLS più popolare. Il materiale non solo vanta versatilità e buone proprietà meccaniche (come la durata), ma è anche conveniente. In SLS, il costo di acquisto in sé non è così significativo. Piuttosto, è il rapporto di aggiornamento che influenza davvero il costo (ovvero, quanta polvere può essere riutilizzata). PA12 ha un basso rapporto di aggiornamento: lo standard di mercato è del 50-70%, sebbene Sinterit abbia raggiunto rapporti di aggiornamento fino al 26%. 

• PA11, alta resistenza agli urti

Dopo PA12 Smooth, ancora il materiale più utilizzato per SLS, PA11 Onyx di Sinterit è una scelta popolare. La polvere di poliammide (nylon) ha una resistenza termica superiore e stabilità alla luce, ai raggi UV e agli agenti atmosferici. Il materiale è comunemente usato per produrre maschere, fissaggi ed elementi di utensili, nonché per prototipare coperture, alloggiamenti, custodie e parti a scatto. Vale la pena notare che il materiale richiede un ambiente anaerobico per la stampa, ed è quindi compatibile solo con la stampante Lisa PRO con azoto.

• PA11 ESD, resistenza al calore e funzionalità ESD

Una delle più recenti aggiunte al portafoglio di Sinterit per Lisa PRO, PA11 ESD è un materiale ideale per la prototipazione di dispositivi elettronici. Il materiale ESD-safe ha eccellenti proprietà termiche e può essere utilizzato per custodie elettroniche, dispositivi di prova per l’elettronica o l’assemblaggio di componenti elettronici. La polvere SLS è anche adatta per parti utilizzate in un’atmosfera esplosiva.

• Flexa Grey, TPU altamente elastico

Flexa Grey è l’offerta di Sinterit per applicazioni che richiedono un’elevata elasticità. La polvere SLS a base di TPU è essenziale per la produzione di parti con flessibilità ed estensibilità, inclusi prototipi in gomma, ammortizzatori o protezioni per vibrazioni e urti.

• Flexa Bright, un colorante bianco sporco

Mentre i sistemi SLS da banco potrebbero non essere compatibili con i materiali bianco puro, Flexa Bright è un materiale TPU bianco sporco offerto da Sinterit, l’unico materiale del suo genere sul mercato. Le parti Flexa Bright possono essere tinte, il che rende il materiale ideale per la produzione di stampe di formazione nell’industria medica o mock-up e modelli che richiedono flessibilità e determinate caratteristiche visive.

• Flexa Soft, la più morbida di tutte

Flexa Soft è il materiale più morbido nel portafoglio di Sinterit: ha uno Shore-A basso (tra 45/56, a seconda delle impostazioni della stampante). Il materiale è ideale per applicazioni nel design e nell’arte. È anche adatto per simulare altri materiali morbidi. Le applicazioni comuni per Flexa Soft includono guarnizioni, modelli medici, giocattoli sensoriali e parti di abbigliamento.

• TPE, impermeabile e resistente all’aria

La maggior parte dei materiali SLS sono noti per la loro porosità, che li esclude da alcune applicazioni che richiedono la tenuta all’acqua e all’aria. Il TPE si distingue per le sue proprietà di impermeabilità e resistenza all’aria (con sigillante), che lo rendono adatto alla produzione di prototipi funzionali per pompe, soffietti, guarnizioni o altre parti che devono funzionare in ambienti difficili.

Nuovi materiali all’orizzonte

Il mercato SLS è cambiato enormemente negli ultimi anni, diventando più diversificato e aperto. La tecnologia non è più limitata a soluzioni industriali a costi proibitivi; grazie a piccole stampanti come quelle realizzate da Sinterit, la tecnologia è più accessibile. Con questa accessibilità, anche il numero di materiali per i piccoli sistemi SLS è aumentato e continua a crescere. Oggi, università tecniche e centri di ricerca stanno guidando centinaia di programmi di sviluppo per materiali SLS destinati ad applicazioni in ingegneria, produzione e sanità.

Con sette materiali nel suo portafoglio, Sinterit, un importante fornitore di stampanti 3D SLS da banco, è anche leader nella gamma di polveri SLS. L’azienda sta inoltre lavorando continuamente per sviluppare e qualificare nuovi materiali, alcuni dei quali hanno accennato che verranno lanciati presto. 

Questo articolo è stato pubblicato in collaborazione con Sinterit .