Stampa 3D ad alta velocità con FDM

Attrezzatura ad alta velocità

La stampa 3D FDM (Fused Deposition Modeling) ad alta velocità si presenta come un'innovazione rivoluzionaria nella produzione additiva. Questo metodo utilizza l'estrusione rapida di materiali termoplastici, consentendo la costruzione accelerata strato dopo strato di design intricati. La stampa 3D ad alta velocità utilizza stampanti specializzate dotate di meccanismi potenziati, come ugelli ad alto flusso e sistemi di riscaldamento ottimizzati, agevolando il deposito rapido del materiale senza compromettere la qualità di stampa.

In passato, le stampanti 3D desktop non erano in grado di superare la soglia di velocità di stampa di 80 mm/s. Le impostazioni usuali per la larghezza del filamento e l'altezza dello strato limitavano il flusso volumetrico a 6 mm³/s o meno. Tuttavia, l'introduzione recente di stampanti 3D ad alta velocità in questa categoria di mercato ha sbloccato il potenziale per operare a velocità mai raggiunte prima nella stampa 3D. Questo sviluppo offre nuove prospettive per sfruttare queste velocità di stampa senza precedenti. Questo processo riduce significativamente i tempi di produzione, offrendo una fabbricazione efficiente di prototipi, parti funzionali e geometrie complesse. La sua velocità ineguagliata aumenta la produttività in ambienti industriali, rispondendo alle esigenze dei professionisti che cercano soluzioni di produzione rapide e precise in vari settori.

Filamenti ad alta velocità

Tuttavia, l'estrusione di filamenti standard su attrezzature ad alta velocità potrebbe non dare i risultati attesi. Per questo motivo, la scelta migliore per la stampa ad alta velocità sono i filamenti ad alta velocità. Questi materiali sono attentamente progettati per soddisfare le esigenze di estrusione rapida e precisa del materiale e di solito sono composti da termoplastiche avanzate, tra cui PLA, ABS, PETG o mischietti specializzati per la stampa rapida senza compromettere l'integrità strutturale.

I produttori sviluppano questi filamenti con tolleranze specifiche del diametro e rotondità costante per garantire un flusso di materiale liscio e affidabile durante l'estrusione ad alta velocità. Inoltre, alcuni filamenti integrano additivi o rinforzi per migliorare proprietà come resistenza, resistenza al calore o flessibilità, cruciali per la produzione di prototipi resistenti e funzionali o parti finali a un ritmo accelerato. La meticolosa selezione dei filamenti svolge un ruolo fondamentale nell'ottimizzazione del processo di stampa 3D ad alta velocità, fornendo ai professionisti una vasta gamma di materiali per soddisfare le loro specifiche esigenze applicative.

Filamenti di supporto per la stampa ad alta velocità

L'evoluzione dei filamenti ad alta velocità è stata notevole, soddisfacendo le richieste di estrusione rapida nella stampa 3D. Tuttavia, la sfida persiste nella mancanza di filamenti di supporto compatibili in grado di sostenere queste velocità di estrusione accelerate. La disparità nell'innovazione tra i filamenti ad alta velocità e i loro corrispettivi di supporto ostacola l'esecuzione senza intoppi di design intricati e limita il potenziale di attrezzature e filamenti ad alta velocità richiedendo comunque basse velocità di stampa.

Affrontare questa disparità rimane essenziale per garantire un progresso completo nella stampa 3D ad alta velocità con FDM, spingendo ulteriori ricerche e sviluppo per colmare il divario tra l'estrusione rapida del filamento e le adeguate capacità dei materiali di supporto. È proprio a questo scopo che BASF Forward AM e Xioneer hanno deciso di dedicare i loro sforzi.

BASF e Xioneer contribuiscono a colmare il divario

BASF Forward AM, il principale fornitore di materiali per la stampa 3D, e Xioneer, un importante fornitore di materiali di supporto solubili, hanno collaborato per introdurre capacità di stampa ad alta velocità utilizzando i loro materiali su stampanti desktop. Attraverso l'utilizzo del sistema Raise3D Pro3 Hyper FFFTM, hanno validato con successo varie combinazioni di materiali modello e supporto. L'uso di supporti solubili è un fattore cruciale per consentire una flessibilità di progettazione per i tuoi componenti e ottimizzare la produzione riducendo la necessità di lavoro manuale durante la fase di post-elaborazione.

Immagine 1: Collettore di ammissione stampato in 3D con materiale di supporto solubile VXL 90 e materiale modello Ultrafuse ABS Fusion+. Fonte: Xioneer.

Queste validazioni hanno confermato la fattibilità di velocità di stampa fino a 300 mm/s mantenendo un flusso fino a 30 mm³/s. Questo risultato segna un significativo avanzamento, mostrando un rendimento cinque volte superiore rispetto ai sistemi di stampa 3D precedenti.

Tabella 1: La compatibilità dei materiali di supporto solubile Xioneer con i filamenti Ultrafuse di BASF per la stampa 3D ad alta velocità con FDM. Fonte: BASF.

Le combinazioni del materiale di supporto Xioneer VXL e del filamento Ultrafuse di BASF adatte alla stampa ad alta velocità sono contrassegnate con "✓ HS". I materiali contrassegnati con "✓" sono validi per l'uso a normali velocità di estrusione. Le combinazioni non compatibili sono contrassegnate con "✗" e le combinazioni ancora da validare sono contrassegnate con "o".

Sono in corso ulteriori ricerche per esplorare ulteriori combinazioni di materiali previste per una futura implementazione. In particolare, raggiungere tali alte velocità, specialmente all'interfaccia tra i materiali modello e di supporto, rimane impossibile con qualsiasi altro materiale di supporto tranne il VXL, principalmente a causa di problemi di adesione incontrati a velocità elevate.