Da qualche tempo è possibile trovare filamenti metallici per la stampa 3D FDM sul mercato, ma non sono tutti uguali. Quali sono le differenze tra di loro?

Per rispondere a questa domanda, bisogna considerare la differenza tra i filamenti colorati metallici e i filamenti riempiti di metallo. I primi contengono una piccola quantità di particelle metalliche (5 % - 40 %) per conferire un aspetto metallico, utilizzate esclusivamente per le loro proprietà estetiche. Più è alta la percentuale di particelle, migliore è la simulazione del materiale metallico in questione.

Nel caso dei filamenti riempiti di metallo, il carico di particelle metalliche è di solito molto alto (oltre l'80 %) ed è possibile sottoporre le parti stampate in 3D a un processo di sinterizzazione mediante il quale il polimero legante viene rimosso, ottenendo parti interamente metalliche.

Attualmente, BASF e The Virtual Foundry sono due dei produttori più conosciuti che offrono tali materiali con i quali realizzare parti interamente metalliche utilizzando la stampa 3D FDM e un processo di sinterizzazione.

BASF offre filamenti Ultrafuse, tra cui Ultrafuse 316 L e Ultrafuse 17-4 PH.

The Virtual Foundry, d'altra parte, ha sviluppato un gran numero di filamenti metallici sotto il nome di Filamet, come ad esempio: Filamet Stainless Steel 316L, Filamet Bronze, Filamet Copper, Filamet Aluminium 6061, Filamet High Carbon Steel, Filamet Tungsten, Filamet Inconel 718-34 o Filamet Titanium 64-5.

Compatibilità con le stampanti 3D FDM

Una delle caratteristiche chiave del filamento metallico è che non è necessario avere attrezzature industriali per la stampa 3D FDM, o anche professionali. Filamenti metallici come Ultrafuse o Filamet sono caratterizzati dal fatto che possono essere stampati in 3D su quasi tutte le stampanti 3D FDM presenti sul mercato.

A causa dell'elevato carico di metallo di questi filamenti, deve essere utilizzato un ugello in acciaio temprato per ridurre l'abrasione del filamento. Le temperature di stampa e di letto variano a seconda del produttore e del materiale, ma non superano i 245°C per la temperatura di stampa e i 120°C per il letto riscaldato.

Immagine 1: Usura dell'ugello in ottone rispetto all'acciaio temprato. Fonte: E3D.

Nel caso dei filamenti Ultrafuse di Basf, la natura del filamento offre una certa flessibilità e non è molto fragile, rendendolo molto facile da stampare.

I filamenti Filamet di The Virtual Foundry sono composti da una percentuale elevata di riempitivo metallico e PLA come polimero legante. A seconda del metallo e della percentuale di riempimento del materiale, i filamenti Filamet possono essere un po' fragili e possono essere difficili da stampare su alcune stampanti 3D a causa del percorso che il filamento deve seguire dal punto in cui è posizionato il rocchetto all'estrusore. Tuttavia, questo non è un problema, poiché The Virtual Foundry ha sviluppato Filawarmer, un dispositivo che garantisce che il filamento sia completamente dritto prima della stampa, eliminando la curvatura dell'avvolgimento e ottenendo una stampa 3D ottimale del materiale.

Video 1: Installazione di Filawarmer. Fonte: The Virtual Foundry.

Riduzione dimensionale

I filamenti metallici richiedono una lavorazione post-sinterizzazione per rimuovere il polimero legante dal filamento, ottenendo così parti interamente metalliche.

Poiché si tratta di un processo in cui il materiale viene rimosso, è necessario considerare che le dimensioni delle parti risultanti avranno certe variazioni rispetto alle misure originali. Ciò significa che le parti subiranno una maggiore o minore contrazione durante il processo di sinterizzazione a seconda del materiale e del marchio del filamento.

Questo è senza dubbio una difficoltà nella produzione di parti funzionali dove l'accuratezza dimensionale è prioritaria. Tuttavia, è possibile trovare il fattore di contrazione e scalare i modelli CAD per ottenere i risultati dimensionali desiderati.

In questo caso, i materiali Ultrafuse e Filamet presentano alcune differenze. I filamenti Ultrafuse hanno un intervallo di contrazione del 16-17% nell'asse XY e del 19-20% nell'asse Z, rispetto a una contrazione del 7-10% per i filamenti Filamet.

Nel caso di Filamet, le parti finali hanno una densità dell'80-85%, anche se le parti possono essere sinterizzate per un tempo più lungo, il che implicherebbe una densità più alta e una maggiore contrazione rispetto alle parti originali.

Per Ultrafuse, BASF offre una guida completa per l'utente che include informazioni su tolleranze, contrazione e scalatura, spessore della parete consigliato, ecc., che possono essere molto utili.

Video 2: Guida al design di Ultrafuse. Fonte: BASF.

Processo di sinterizzazione

I processi di sinterizzazione sviluppati per i filamenti Ultrafuse e Filamet presentano alcune differenze tra loro.

BASF utilizza un polimero legante specifico nei filamenti Ultrafuse che richiede una debindizzazione catalitica prima del processo di sinterizzazione, quindi la lavorazione post-sinterizzazione può essere considerata leggermente più complessa rispetto ai filamenti Filamet. Tuttavia, all'interno dei filamenti Filamet, ce ne sono alcuni che presentano ancora un processo di sinterizzazione sperimentale, che non offre alcuna garanzia in termini di risultati.

Inoltre, la maggior parte dei filamenti Filamet ha meno requisiti in termini di impianti di sinterizzazione, poiché la maggior parte di essi può essere sinterizzata in un forno ad ambiente aperto.

Immagine 2: Tabella delle informazioni su Filamet. Fonte: The Virtual Foundry.

A priori, l'uso di questi filamenti può sollevare certi dubbi e difficoltà, specialmente se l'utente non dispone dei mezzi per effettuare la sinterizzazione dei materiali. Tuttavia, entrambi i produttori offrono soluzioni in questo senso. BASF ha il proprio servizio di sinterizzazione, mentre gli utenti che desiderano lavorare con i filamenti Filamet possono contattarci per valutare la fattibilità dei loro progetti e effettuare la lavorazione post-sinterizzazione necessaria per ottenere il risultato desiderato.

Immagine 3: Servizio di sinterizzazione BASF.

Conclusioni

La gamma di filamenti metallici di Filamet è senza dubbio la più ampia sul mercato. The Virtual Foundry è stato il primo produttore a lanciare filamenti metallici sinterizzabili sul mercato e ha sviluppato una vasta gamma di materiali adatti a una molteplicità di applicazioni.

La gamma di filamenti Ultrafuse si specializza attualmente nello sviluppo di filamenti in acciaio inossidabile, anche se possono essere utilizzati per una vasta gamma di applicazioni, come utensili, dispositivi e attrezzature, produzione in serie ridotta, parti funzionali e prototipi.

Per quanto riguarda la stampa 3D, i filamenti Filamet richiedono una temperatura di stampa e di letto inferiore rispetto ai filamenti Ultrafuse, anche se alcuni materiali Filamet richiedono l'uso di dispositivi esterni come Filawarmer per garantire un risultato ottimale.

I filamenti Ultrafuse consentono l'uso di ugelli con diametro di uscita più piccoli, mentre i filamenti Filamet richiedono l'uso di un ugello da 0,6 mm, ad eccezione del Filamet Tungsten.

Per quanto riguarda il processo di sinterizzazione, la lavorazione post-sinterizzazione a cui devono essere sottoposti i filamenti metallici Filamet è più semplice e, in molti casi, non richiede l'uso di un forno ad atmosfera inerte, quindi può essere relativamente semplice avere le strutture e le macchine necessarie per sinterizzare parti stampate in 3D con Filamet. Inoltre, se l'utente non dispone delle strutture o delle conoscenze necessarie per effettuare la sinterizzazione, può contattarci. D'altra parte, alcuni dei filamenti Filamet sono nella fase sperimentale, quindi non ci sono garanzie per quanto riguarda la sinterizzazione di questi materiali.

Nel caso di Ultrafuse, le parti stampate in 3D con questi filamenti devono subire una lavorazione post-sinterizzazione leggermente più complessa, anche se BASF offre una guida completa con informazioni rilevanti su come ottenere risultati ottimali con i filamenti Ultrafuse. Inoltre, BASF ha un servizio di debindizzazione e sinterizzazione fornito da ELNIK, basato sull'acquisto di buoni che coprono il processo di debindizzazione e sinterizzazione, nonché la spedizione e il reso delle parti.

Senza dubbio, i filamenti metallici sono materiali innovativi che consentono agli utenti dei stampanti 3D FDM di produrre parti interamente metalliche per una varietà di applicazioni. Con Ultrafuse e Filamet, gli utenti possono trovare il materiale che meglio si adatta alle loro esigenze.