Tecnologia Hyper Core: Alta Velocità con Filamenti Rinforzati

La tecnologia Hyper FFF® di Raise3D è un sistema integrato di stampa 3D ad alta velocità che combina miglioramenti hardware, software e materiali speciali per aumentare la produttività senza compromettere la qualità. In questo contesto nasce la linea di filamenti Hyper Core, una nuova generazione di materiali compositi rinforzati (con fibre di carbonio o vetro) progettati specificamente per la stampa rapida con Hyper FFF. I filamenti Hyper Core presentano una distribuzione ottimizzata delle fibre: le fibre sono concentrate in un nucleo interno termicamente conduttivo rivestito da uno strato esterno puro di polimero. Questo design accelera la fusione del filamento e mantiene l’esterno pulito da fibre sporgenti.

Immagine 1: Sezione trasversale che mostra gli strati del filamento Hypercore. Fonte: Raise3D

Vantaggi rispetto ai filamenti rinforzati tradizionali

Stampare ad alta velocità con filamenti compositi convenzionali presenta sfide significative. Nei filamenti rinforzati standard, la viscosità di fusione aumenta notevolmente, rendendo difficile l’estrusione e limitando la velocità pratica di stampa. Inoltre, si verifica il fenomeno del “nucleo freddo”, in cui lo strato esterno del filamento fonde prima del suo interno, lasciando un nucleo non fuso e causando una debole saldatura tra strati. Tutto ciò riduce l’adesione tra gli strati e la resistenza meccanica del pezzo, accelerando l’usura dell’ugello a causa delle fibre abrasive esposte.

La tecnologia Hyper Core mitiga questi problemi grazie al suo design innovativo: concentrando le fibre nel nucleo interno e lasciando il perimetro esterno in puro polimero, si ottiene una alta conduttività termica interna. Durante l’estrusione ad alta velocità, il nucleo ricco di fibre accelera la fusione completa del filamento e trattiene il calore residuo, favorendo una saldatura più uniforme tra gli strati. Di conseguenza, i pezzi stampati acquisiscono maggiore resistenza nella direzione Z e qualità superficiale. Allo stesso tempo, l’assenza di fibre abrasive sulla superficie riduce l’abrasione dell’ugello e la superficie dell’oggetto rimane liscia. Complessivamente, Hyper Core consente di stampare più velocemente e con prestazioni meccaniche superiori rispetto ai compositi tradizionali.

• Migliore flusso ad alta velocità: la distribuzione ottimizzata delle fibre e la matrice termoplastica esterna riducono la viscosità del filato fuso, consentendo velocità di stampa molto più elevate senza intasamenti.
• Superiore adesione tra strati: il calore trattenuto nel nucleo interno facilita la polimerizzazione del materiale tra gli strati, aumentando la resistenza sull’asse Z.
• Maggiore resistenza e rigidità Z: il contenuto di fibre allineate al centro rinforza la struttura verticale del pezzo. Sono stati misurati moduli elastici elevati (ad esempio ~6,6 GPa su PPA GF25) e alta resistenza alla trazione.
• Minor usura dell’ugello: lo strato esterno puro protegge l’estrusore dal contatto diretto con le fibre, riducendo l’usura.
• Pezzi privi di deformazioni: la costruzione speciale e la stabilità del materiale riducono il warping rispetto ai filamenti rinforzati convenzionali.
• Finitura superficiale migliorata: la superficie degli oggetti stampati è liscia e pronta per la post-elaborazione (levigatura, stiratura a vapore) senza fibre sporgenti.

Immagine 2: Tabella comparativa tra materiali Hypercore e tradizionali. Fonte: Raise3D

Materiali Hyper Core disponibili

La famiglia Hyper Core include diversi filamenti rinforzati per varie applicazioni industriali. Tutti sono disponibili su filament2print e formulati per essere compatibili con Hyper FFF®. I principali sono:

• Hyper Core PPA CF25: filamento PPA (polimero ad alte prestazioni) rinforzato con 25% fibra di carbonio. Offre alta rigidità e resistenza meccanica, ideale per pezzi sottoposti a carichi elevati. Le fibre di carbonio aumentano la resistenza alla trazione e la stabilità termica, consentendo di lavorare ad alte temperature senza degrado del materiale. Ottimo per applicazioni finali esigenti come componenti strutturali di macchinari e stampi leggeri.
• Hyper Core PPA GF25: filamento PPA rinforzato con 25% fibra di vetro. Presenta rigidità e resistenza termica simili al CF25, ma con maggiore resistenza agli urti e minore propensione al warping. L’elevato contenuto di fibra di vetro (6,6 GPa modulo elastico e ~189 °C resistenza termica) garantisce stabilità dimensionale in applicazioni soggette a vibrazioni o urti. Raccomandato per pezzi strutturali in settori come automotive, aerospaziale e manifattura avanzata.
• Hyper Core ABS CF15: filamento ABS (terpolimero ABS ingegneristico) rinforzato con 15% fibra di carbonio. Combina la duttilità e la lavorabilità dell’ABS con rigidità aggiuntiva delle fibre, producendo pezzi duraturi e leggeri. Mantiene resistenza agli urti, stabilità chimica e bassa assorbimento di umidità dell’ABS, mentre la distribuzione speciale delle fibre migliora la resistenza sull’asse Z e prolunga la durata dell’ugello. Adatto per produzione in serie e prototipi funzionali con buona combinazione di prestazioni meccaniche e costi controllati.

In generale, tutti i filamenti Hyper Core sono pensati per applicazioni industriali ad alte prestazioni, dove è necessario stampare pezzi robusti ad alta velocità senza compromettere la qualità.

Stampanti Raise3D compatibili con Hyper Core

Per utilizzare i filamenti Hyper Core è necessario hardware progettato per alte velocità e resistenza dei materiali. Le serie Raise3D compatibili attuali sono:

• Raise3D Pro3 HS Series – stampante a doppia estrusione ad alta velocità (fino a 300 mm/s) pronta per Hyper FFF.
• Raise3D Pro3 Series con Hyper Speed Upgrade Kit – modelli Pro3 standard aggiornati con il kit che abilita la stampa ultra-rapida.
• Raise3D RMF500 – stampante industriale grande formato a doppio estrusore, progettata specificamente per filamenti rinforzati (compatibilità profili Hyper Core).

Queste macchine dispongono di estrusori rinforzati e controllo termico avanzato per gestire alte temperature e tensioni di estrusione dei materiali Hyper Core.

Applicazioni industriali reali

I filamenti Hyper Core sono stati adottati in diversi settori industriali dove velocità e robustezza sono critiche. Tra le applicazioni principali:

Immagine 3: I materiali Hypercore sono già utilizzati in automotive e altri settori. Fonte: Raise3D

Automotive: realizzazione di componenti funzionali resistenti e leggeri, ad esempio collettori di aspirazione, pulegge cinghie e parti aerodinamiche della carrozzeria (splitter, diffusori) in plastica rinforzata. Stampati anche elementi strutturali interni ed esterni (telai sedili, meccanismi porte) e componenti sistemi di raffreddamento (ventole, serbatoi fluidi), sfruttando la buona stabilità termica degli Hyper Core. Migliorano il rapporto forza/peso e consentono rapide iterazioni di design funzionale.

Aerospaziale: produzione di pezzi per cabina e fusoliera dove serve alta resistenza termica e meccanica. Ad esempio manopole, chiusure bagagli, ancoraggi sedili o coperture leggere per antenne/sensori. Stampati anche componenti HVAC (condotti e griglie) e supporti interni, soggetti a variazioni di pressione e temperatura. La rapida produzione con Hyper Core facilita iterazioni di prototipi e piccole serie personalizzate.

Advanced Manufacturing: produzione di jigs, fixture e strumenti industriali, oltre a prototipi funzionali. Grazie all’elevata resistenza e precisione dimensionale, Hyper Core consente di produrre utensili personalizzati (guide, sagome) e pezzi finali di prova in settori come macchinari industriali, elettronica robusta e dispositivi elettrici.

Queste applicazioni reali dimostrano la capacità dei filamenti Hyper Core di soddisfare esigenze elevate in automotive, aerospaziale, macchinari o elettronica high-end, offrendo alta velocità di stampa senza sacrificare le prestazioni.

Confronto con filamenti compositi convenzionali

La tabella seguente riassume le principali caratteristiche dei filamenti Hyper Core rispetto ai filamenti compositi rinforzati tradizionali:

Questo confronto mostra che Hyper Core consente di stampare più velocemente e ottenere pezzi con migliore coesione tra strati, maggiore rigidità e finitura superficiale, richiedendo però stampanti più specializzate.

Video 1: Stampa ad alta velocità con filamento Hypercore ABS CF15. Fonte: Raise3D