La stampa 3D è in grado di creare parti in polimero e metallo resistenti. Tuttavia, alcune applicazioni di parti stampate in 3D possono richiedere molta più forza. La progettazione e la selezione dei materiali sono i fattori più critici che determinano la resistenza di una parte stampata in 3D. Tuttavia, anche una parte ben progettata potrebbe mostrare debolezza e fallire nel servizio se vengono ignorate altre tecniche di miglioramento della forza semplici e importanti.

Esistono varie tecniche per rafforzare le stampe 3D. Questi possono essere raggruppati in tre grandi categorie: geometria della parte, impostazioni di stampa e post-elaborazione.

Geometria del pezzo

La geometria del pezzo gioca un ruolo fondamentale nel determinare la forza di una stampa 3D. L’uso di filetti e smussi aumenta la resistenza meccanica dei bordi, mentre soffietti e nervature forniscono supporto strutturale.

Utilizzare filetti o smussi

Filetti o smussi forniscono una solida base per sezioni più sottili in parti 3D. Impediscono agli ugelli di staccare parti delicate dalla stampa.

Esempio di progettazione senza filetti
Esempio di progettazione con filetti

Utilizzare nervature e soffietti

Le nervature e i soffietti sono estrusioni sottili che sporgono perpendicolarmente da una parete o da un piano. Forniscono supporto e aumentano la forza della parte. Lo spessore delle nervature deve essere la metà dello spessore della parete e deve essere distanziato ad una distanza minima del doppio dello spessore delle pareti. Le costole grandi e alte dovrebbero essere evitate; invece, dovrebbero essere usate più piccole costole.

Esempio di progettazione con nervature

Impostazioni di stampa 3D

Sono necessarie impostazioni ottimali del processo di stampa 3D per produrre parti più resistenti. Queste impostazioni includono quanto segue.

Tamponamento nella stampa 3D

Tamponamento si riferisce semplicemente alla quantità di materiale all’interno delle pareti esterne della parte 3D. Questa tecnica è comunemente usata nella stampa 3D FDM per aumentare la resistenza. L’impostazione di riempimento viene eseguita in due modi, modello di riempimento e densità di riempimento.

Motivo di riempimento

Si tratta di una struttura ripetitiva che riempie lo spazio all’interno di una parte stampata in 3D. Di solito è nascosto alla vista. Ci sono numerosi stili di modelli di riempimento. Essi includono; modello triangolare, archi, rettangolare, a nido d’ape o esagonale, e concentrico. Il modello di tamponamento Archi è più adatto per parti circolari o arrotondate. Il motivo di riempimento rettangolare è in grado di dare una parte densa al 100% a causa della sua griglia parallela e perpendicolare. Il modello di riempimento esagonale fornisce il più alto rapporto resistenza-peso, ma richiede il tempo più lungo per stampare.

Densità di tamponamento

Un tamponamento allo 0% non ha tamponamento e un tamponamento al 100% fornisce una parte completamente solida. Il 100% di riempimento rende la parte più forte. Tuttavia, in molti casi, è un uso non necessario di materiale che aumenta il peso e il costo. Il modello a nido d’ape è migliore per percentuali inferiori al 50%, mentre il modello rettilineo è migliore per percentuali superiori al 50%. Le densità di riempimento comuni sono comprese tra il 20% e il 25%.

Orientamento della parte

3D stampato parte orientamento

3D stampato parti sono più forti in piani paralleli al costruire recinzione perché il legame molecolare in uno strato è molto più che i legami adesivi tra strati. Questi sono i piani X e Y. Sebbene questa tecnica sia comune alla stampa 3D FDM, può essere utilizzata in altri processi come SLA e SLS per migliorare la resistenza. L’orientamento della parte dipende da dove il carico e le pressioni saranno sperimentati nella parte.

Spessore del guscio

Questo svolge un ruolo significativo nel rafforzamento delle parti 3D. Un guscio più spesso rende una parte più forte. Per la stampa FDM, uno spessore del guscio che è 3 a 4 volte il diametro dell’ugello è meglio per le parti che saranno sottoposti a carico pesante e sostenuto. La maggior parte dei processi di stampa 3D utilizza uno spessore minimo standard di circa 1 mm. Tuttavia, aumentando questo migliorerà la resistenza alla trazione e all’impatto. Per informazioni dettagliate sullo spessore consigliato per altre tecnologie di stampa 3D consultare le nostre guide di progettazione.

Elaborazione di post-produzione

Per aumentare ulteriormente la resistenza delle parti stampate, si potrebbe anche considerare la post-elaborazione. Le seguenti operazioni di post-elaborazione che possono aumentare notevolmente la resistenza delle parti stampate in 3D.

Ricottura

La ricottura è semplicemente un processo di riscaldamento di una parte stampata in 3D e di lasciarla raffreddare gradualmente per alleviare le sollecitazioni interne con conseguente parte più dura. Mentre metalli e vetro possono essere ricotti, non tutti i polimeri possono essere ricotti. Alcuni materiali che sono adatti per la ricottura sono PLA, PET e PA 12.

Galvanica

La galvanoplastica è una tecnica di post-stampa che prevede l’immersione della parte in una soluzione di acqua e sali metallici. Quando la corrente viene fatta passare attraverso la soluzione, i cationi metallici formano un rivestimento sottile attorno alla parte. Questa tecnica può essere applicata a parti 3D da stampanti FDM, SLS, SLA o SCM. Conferisce alla parte una proprietà meccanica quasi identica alle parti metalliche, e quindi è un’alternativa molto più economica alla stampa 3D in metallo per diverse applicazioni.

Tuttavia, le parti elettrolitiche sono ancora in plastica all’interno e quindi se vengono riscaldate a una temperatura superiore alla temperatura di rammollimento della plastica interna, la resistenza interna viene persa; anche se il metallo esterno non si scioglie. Diversi metalli possono essere utilizzati per la placcatura elettrolitica, come zinco, cromo, nichel, rame, ecc. Prima di galvanizzare, è importante innescare la parte 3D per stabilire una superficie conduttiva adatta al metallo a cui aderire. La grafite è comunemente usata per l’adescamento.

Rivestimento in resina

Le resine epossidiche o le resine poliestere possono essere utilizzate per il rivestimento di parti stampate in 3D. Il rivestimento epossidico è un rivestimento superficiale insolubile che viene eseguito con vernice epossidica. La vernice contiene due sostanze chimiche; una resina epossidica e un indurente. Il rivestimento risultante è solitamente più durevole e più duro delle parti non rivestite. Tuttavia, il rivestimento epossidico non è appropriato se sono necessari estrema precisione geometrica e spigoli vivi per la parte. Le resine poliestere, d’altra parte, sono sottili e possono essere distribuite su parti intricate. La resina inizia a indurirsi a 5 minuti dopo l’applicazione e di solito richiede 24 ore per asciugare completamente. Il rivestimento in resina può essere applicato a qualsiasi parte da qualsiasi stampante.

Rinforzo in fibra di carbonio

Le fibre di carbonio o di vetro possono anche essere utilizzate per rinforzare le parti 3D. La fibra di carbonio ha un eccellente rapporto resistenza-peso ed è meglio utilizzata per le parti utilizzate in condizioni di carico costante. A differenza del carbonio, le fibre di vetro si piegano fino al fallimento. Le fibre possono essere laminate in due modi:

  • Breve rinforzo in fibra

In questo metodo, le fibre sono tritato e mescolato con il materiale termoplastico per migliorare la resistenza e la rigidità

  • Continuo rinforzo in fibra

In questa tecnica, la fibra deve essere continuamente integrato nel termoplastici come viene estruso e depositato. Questa tecnica richiede due ugelli per stampare contemporaneamente.

Conclusione

A Xometry Europa, offriamo le varie opzioni di rafforzamento per le parti stampate 3D come richiesto dai clienti. Basta andare sulla nostra piattaforma di quotazione istantanea, caricare i tuoi modelli, scegliere le opzioni e voilà: la tua parte stampata 3D ad alta resistenza ti verrà consegnata in pochi giorni.

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