Parametri che determinano l'adesione alla base di stampa

Un'adesione corretta tra il pezzo e la base è fondamentale per evitare problemi durante la stampa. L'unione tra il primo strato di stampa e la superficie della piattaforma ha due funzioni principali:

1. Mantenere il pezzo in posizione durante tutto il processo di stampa per evitare spostamenti di strato o collisioni con la testina.
2. Compensare le tensioni generate durante il raffreddamento del pezzo, evitando che si stacchi o deformi.

L'adesione tra il pezzo e la base è determinata principalmente da quattro fattori.

1. Affinità fisico-chimica tra il materiale della superficie di stampa e il materiale di stampa.

L'affinità fisico-chimica tra il materiale di stampa e quello della superficie della base di stampa è probabilmente il parametro più importante da considerare. È per questo motivo che oggi è comune utilizzare rivestimenti polimerici appositamente sviluppati per la stampa 3D sulla superficie della piattaforma. È molto importante utilizzare un prodotto compatibile con il materiale di stampa utilizzato, poiché alcuni materiali, come il PP o il nylon, richiedono prodotti specifici. Ci sono principalmente due tipi di soluzioni:

• Rivestimenti applicati su pellicole adesive.
  Si tratta di una pellicola o nastro adesivo che contiene un rivestimento polimerico su una delle sue superfici. In origine si utilizzavano nastro Kapton o simili, ma oggi esistono molte soluzioni e prodotti sviluppati appositamente per la stampa 3D. Un esempio ben noto sono le pellicole polimeriche della marca Buildtak, anche se esistono prodotti simili di altri produttori. Si tratta di soluzioni generiche compatibili con i materiali più comuni, anche se è possibile trovare prodotti più specifici come le pellicole con rivestimento in PEI o quelle specifiche per il polipropilene o il nylon. Il loro vantaggio principale è la buona durata, quindi possono essere utilizzate per diverse stampe senza doverle sostituire, tuttavia perdono aderenza con l'uso e non offrono le migliori prestazioni con materiali tecnici specifici. Inoltre, solitamente hanno un limite di temperatura di utilizzo. Per prolungare la loro durata è consigliabile stampare ogni volta in una posizione diversa sulla piattaforma, in modo che l'usura sia uniforme su tutta la superficie.

Immagine 1: Pellicole adesive Buildtak. Fonte: buildtak.com

• Rivestimenti liquidi.
  Si tratta di sospensioni polimeriche che vengono applicate direttamente sulla superficie della base e che, quando si asciugano, formano un film continuo di polimero simile a quello fornito dalle pellicole adesive. Questa è l'opzione consigliata quando si lavora con una varietà di materiali tecnici, poiché esistono formulazioni specifiche ottimizzate per ciascuno di essi. Inoltre, sono facilmente lavabili con acqua o alcool e possono essere riapplicate rapidamente, quindi è possibile sostituirle comodamente quando si cambia il materiale di stampa. Il loro principale vantaggio è che, avendo formulazioni specifiche per ciascun materiale e per temperature elevate, offrono prestazioni migliori. Consentono inoltre di rigenerare il rivestimento applicando una nuova strato prima di ogni stampa, quindi l'adesione non diminuisce con l'uso.
  In generale, possono essere trovati in due formati: stick o spray. Nel caso del formato spray, è consigliabile applicarlo sempre quando la base è fuori dalla stampante per evitare di danneggiare o sporcare altri componenti. Nel caso in cui non sia possibile rimuovere la base, è consigliabile utilizzare sempre il formato stick poiché è più pulito. Gli esempi più noti sono le soluzioni adesive del marchio Magigoo o le lacche per la stampa 3D come 3DLac.

Immagine 2: Adesivi Magigoo per la stampa 3D. Fonte: Filament2Print.

2. La superficie di contatto tra il pezzo e la base.

Una maggiore superficie di contatto tra il pezzo e la base aumenta l'adesione. Bisogna fare attenzione a pezzi di grandi dimensioni su stampanti senza camera riscaldata, poiché, nonostante abbiano una maggiore superficie di contatto, il loro volume è maggiore e quindi gli sforzi derivanti dalla contrazione durante il raffreddamento. La risorsa più utilizzata per aumentare la superficie di contatto è configurare un bordo sul pezzo durante la preparazione. Il bordo verrà applicato solo nel primo strato o in alcuni casi nei primi 2 o 3 strati, aumentando la superficie di contatto del pezzo senza aumentare gli sforzi di contrazione. Ci sono altre forme di aumentare la superficie di contatto, come aumentare il fattore di estrusione durante il primo strato, anche se non è raccomandato.

Immagine 3: Bordo aggiunto per migliorare l'adesione del pezzo. Fonte: elaborazione propria.

Alcune stampanti includono anche rivestimenti ruvidi o con texture, che rappresentano un altro modo per aumentare la superficie di contatto e quindi l'adesione.

3. La temperatura della base di stampa.

La temperatura della base di stampa svolge un doppio ruolo per quanto riguarda l'adesione. Da un lato, se è uguale o leggermente superiore alla Tg del materiale di stampa, eviterà la contrazione durante il raffreddamento dei primi strati, riducendo gli sforzi che tendono a sollevare o staccare il pezzo. D'altro canto, favorisce l'adesione chimica tra il materiale di stampa e il rivestimento sulla superficie di stampa. È consigliabile che la temperatura della base sia uguale o leggermente superiore alla Tg del materiale di stampa, ma non è opportuno configurare temperature molto più alte, poiché ciò può ridurre l'adesione e provocare deformazioni come il piede di elefante.

4. Lo stato della base di stampa.

È molto importante anche verificare lo stato della nostra base di stampa. Nonostante si rispettino i tre punti precedenti, possono ancora esserci problemi di adesione dovuti a uno stato o a una manutenzione impropri della base. Si devono controllare periodicamente i seguenti punti:

• Pulizia della superficie: La presenza di polvere o sporcizia sulla base di stampa può ridurre notevolmente l'adesione. Bisogna pulire la superficie della base sempre prima di ogni stampa.
• Difetti o crepe sulla superficie: Una superficie danneggiata può essere anche la causa di problemi di adesione. È importante mantenere la piattaforma in buone condizioni e sostituirla se si rilevano difetti.
• Rivestimento consumato: Nel caso di pellicole adesive, bisogna considerare che perdono efficienza con l'uso, quindi bisognerà sostituirle quando si rileva che sono consumate. I rivestimenti liquidi possono essere riutilizzati per diverse stampe, anche se è possibile che, quando si rimuove il pezzo, parte del rivestimento venga via. Prima di ogni stampa è necessario verificare lo stato del rivestimento e applicarne uno nuovo se necessario.

Immagine 4: Confronto tra una base in buono stato e una in cattivo stato. Fonte: prusa3d.com

Problemi correlati a una cattiva adesione

La principale conseguenza di una scarsa adesione alla superficie di stampa è che il pezzo si staccherà dalla base. Ciò comporterà sempre il fallimento della stampa, ma in determinate circostanze, può anche essere la causa di un guasto o di una rottura dell'attrezzatura. Se il pezzo si stacca e si sposta dalla sua posizione originale, la stampante continuerà a stampare senza avere un substrato su cui depositare il nuovo materiale. Ciò provocherà la fusione della plastica sulla testina e sul blocco, formando una massa che crescerà man mano che la stampa avanza. Se non si interrompe in tempo, questa massa di plastica fusa potrebbe diventare così grande da rendere inutilizzabile il hotend.

Per comprendere e risolvere i problemi di adesione, bisogna tenere presente che il pezzo può staccarsi in due modi diversi.

Se non c'è una buona adesione tra la superficie di stampa e il primo strato, il pezzo si staccherà completamente a causa dell'attrito della testina durante la stampa e delle vibrazioni. In generale, il problema si verificherà all'inizio della stampa. In questo caso è consigliabile controllare i seguenti punti:

• Distanza tra la testina e la base
• Altezza del primo strato
• Stato della base di stampa
• Soluzione di adesione utilizzata

Può essere che ci sia una buona adesione alla base, ma il pezzo inizi a staccarsi dai bordi. Questo accade perché la contrazione durante il raffreddamento genera tensioni dalla parte esterna del pezzo verso il centro, causando deformazioni. In questi casi, l'adesione tra il pezzo e la base non è sufficiente a compensare queste tensioni causate dalla contrazione. Questo fenomeno è noto come warping. In questo caso, il pezzo si stacca gradualmente e la stampa può fallire in qualsiasi momento, anche pochi minuti prima del completamento.
In questo caso, si può cercare di migliorare l'adesione per compensare il warping, ma bisognerà considerare anche altri fattori come le impostazioni di laminazione, il tipo di materiale o la temperatura ambiente.

Problemi correlati a un'eccessiva adesione

In alcune occasioni, un'eccessiva adesione alla base può rendere difficile separare il pezzo. In questi casi, bisogna esaminare quanto segue:

• Distanza tra la testina e la base: È importante avere una separazione adeguata tra la testina e la base di stampa. Una distanza troppo piccola può danneggiare la superficie di stampa, provocare un'adesione eccessiva del pezzo o causare un'otturazione impedendo la fuoriuscita della plastica fusa.
• Soluzioni di adesione: Alcuni materiali come il PETG o alcuni materiali flessibili possono avere un'adesione eccessiva su rivestimenti adesivi o liquidi. In questi casi è consigliabile non utilizzare rivestimenti sulla piattaforma di stampa o stampare su un raft (zattera).
• Eccesso di estrusione: Un eccesso di estrusione, soprattutto nel primo strato, può aumentare anche l'adesione.

Quando si verifica un problema di adesione eccessiva, ci sono diverse modalità per facilitare la rimozione dei pezzi:

• Raffreddare la base: Dato che la base e il pezzo avranno coefficienti di dilatazione termica diversi, raffreddare la base può aiutare il pezzo a staccarsi. Il modo migliore per farlo è riscaldare la base e poi posizionarla su una superficie fredda, come una busta di ghiaccio, in modo che si contragga bruscamente.
• Usare una spatola affilata: In alcune occasioni, l'adesione eccessiva è causata da un effetto ventosa. In questi casi, è consigliabile inserire una spatola con il filo sotto il pezzo e staccarlo gradualmente. Questo metodo comporta il rischio di danneggiare sia la base che il pezzo.
• Sciogliere i rivestimenti liquidi: Questo è possibile solo quando si utilizza un rivestimento in spray o in stick. Poiché questi prodotti sono facilmente solubili, mettere la base sotto un getto d'acqua o immergerla può aiutare a rimuovere il pezzo.

Quando si utilizzano basi di vetro, è necessario essere particolarmente attenti, poiché c'è un rischio elevato di rottura. È comune che, quando si rimuovono pezzi molto aderenti dalle basi di vetro temperato, si stacchi un frammento della superficie.

L'uso di basi flessibili riduce notevolmente questo problema, quindi è un'opzione altamente consigliabile.

In questa guida vengono trattati i concetti in generale senza focalizzarsi su un marchio o modello specifico, anche se potrebbero essere menzionati in qualche momento. Potrebbero esserci differenze significative nelle procedure di calibrazione o regolazione tra marchi e modelli diversi, quindi si consiglia di consultare il manuale del produttore prima di leggere questa guida.