Cos'è la stampa 3D del PEEK?
Con l'avvento della Manifattura Additiva, il mondo ha avuto la possibilità di vedere quante cose possono essere stampate. Ogni anno sono disponibili nuovi materiali e vengono sviluppate nuove innovazioni per soddisfare le esigenze di tutti i settori.
Tra i materiali di maggior successo negli ultimi anni c'è il PEEK – polietere etere chetone.
Il PEEK è un tecnopolimero semicristallino che si distingue per essere il membro più famoso della famiglia dei polimeri PAEK (poli aril etere chetoni) per le sue elevate proprietà meccaniche, caratteristiche termiche e per l'eccellente resistenza chimica.
Questo materiale sta mostrando al mondo le sue capacità, soprattutto quando si combinano le sue proprietà con la flessibilità della stampa 3D.
Quali sono i vantaggi della stampa 3D del PEEK?
La stampa 3D del PEEK non è semplice. Perché utilizzarlo allora?
Sono tanti i vantaggi della stampa 3D del PEEK tramite tecnologia FFF (Fused Filament Fabrication): ecco 8 motivi per cui dovresti produrre tramite stampa 3D utilizzando il PEEK:
- Geometrie complesse
Più complessa è la geometria, maggiore sarebbe il costo per produrre con tecnologie tradizionali. La stampa 3D invece consente la realizzazione di geometrie complesse senza influire sul costo: dipende quasi esclusivamente dalla quantità di materiale che viene estruso. Inoltre, alcune tecnologie, come la lavorazione CNC e lo stampaggio a iniezione, hanno forti limiti sulle geometrie da produrre: la libertà di progettazione della Manifattura Additiva lascia spazio ad una maggiore flessibilità.
- Customizzazione
La customizzazione dei componenti è un fattore chiave nella produzione additiva: la flessibilità della stampa 3D consente di modificare facilmente il design di una parte tutte le volte che è necessario, al fine di soddisfare le esigenze dei clienti. - Riduzione dei costi
Essendo il PEEK un materiale ad alte prestazioni, non è economico. Ridurre il materiale porta perciò a risparmiare sui costi.
Quando viene lavorato con metodi tradizionali, il materiale è sottratto dalla forma iniziale fino a ottenere la geometria finale; in questo caso il cliente paga anche il materiale di scarto. Al contrario, invece, con la manifattura additiva in PEEK, è impiegato e pagato solo il materiale necessario per realizzare la parte. - Prototipazione rapida
La manifattura additiva rappresenta un’opzione molto conveniente per la prototipazione. Con la stampa 3D è possibile produrre in modo rapido e semplice, prototipi funzionali in PEEK, che consentono di effettuare test approfonditi prima della produzione in serie con altre tecnologie. - Piccoli lotti
Lo stampaggio a iniezione non è una tecnologia adatta a produzioni di piccoli lotti a causa dell'elevato costo iniziale di stampi e utensili. Quando si devono produrre più parti, i costi fissi vengono suddivisi in base alla quantità. È più probabile, perciò, che si preferisca la lavorazione CNC se il numero di componenti da produrre è limitato. Tuttavia, quando viene rimosso troppo materiale dal blocco iniziale, la lavorazione CNC non è più vantaggiosa a causa dell'alto prezzo del PEEK. Ecco perché la manifattura additiva è l’opzione migliore in termini di costi per la produzione di piccoli lotti di parti in PEEK. - Ottimizzazione dei processi
In alcuni casi, i clienti devono acquistare ingenti quantità di materiale per avere più componenti disponibili a magazzino, in caso di manutenzione o danneggiamento di attrezzature e macchinari. Ciò comporta costi iniziali elevati e nessuna certezza di utilizzo. Immagina di produrre quello che vuoi, proprio quando ne hai bisogno, grazie a un magazzino digitale. Questo è ora possibile con la tecnologia di stampa 3D: ciò che serve sono solo un file digitale e una stampante. - Riduzione del rischio
A volte le aziende hanno un fornitore che smette di produrre determinati componenti. Quando questi componenti si rompono, i costi necessari per sostituirli sono elevatissimi così come i tempi molto lunghi. In alcuni casi, è necessario produrre nuovi stampi anche per un singolo componente. Avere la possibilità di stampare in 3D le parti necessarie, semplifica la fornitura e riduce drasticamente i costi, eliminando il rischio di non poter sostituire una parte perché troppo costosa da realizzare. - Riduzione di peso
Il PEEK è un materiale ad alte prestazioni, il che significa che ha un'eccellente resistenza chimica, ottime prestazioni termiche e proprietà meccaniche elevate. Per questi motivi, è il candidato perfetto per le applicazioni di Metal Replacement, dove massicce riduzioni di peso, possono fare la differenza. Le leghe metalliche più leggere hanno una densità minima di circa 2,5 g / cm3 mentre la densità del PEEK è di 1,29 g / cm3. Ciò significa che si può quasi dimezzare il peso delle parti stampate, semplicemente utilizzando questo polimero.
Stampa 3D del PEEK by Roboze: precisione, accuratezza e ripetibilità
La stampa 3D è molto spesso ancora legata agli hobbisti e alle scarse tolleranze dimensionali. Questo è vero, a meno che tu non abbia una soluzione ad alte performance come Argo di Roboze. Di seguito sono elencate alcune delle caratteristiche che si traducono in un processo di stampa affidabile e ripetibile per la produzione di parti funzionali:
- Beltless System
Il Beltless System di Roboze allinea le stampanti 3D con le macchine CNC, sostituendo il tradizionale sistema di movimentazione delle cinghie con un meccanismo a pignone-cremagliera che garantisce una precisione di posizione fino a 10 μm. Ciò non solo riduce problemi come la deformazione, l'usura e la perdita di calibrazione, ma anche la quantità di manutenzione necessaria. La manutenzione delle stampanti 3D industriali con cinghie deve essere eseguita da un tecnico qualificato con strumenti dedicati e può richiedere un'intera giornata di fermo. Le stampanti Roboze richiedono solo l’applicazione di una piccola quantità di grasso al teflon da applicare una volta al mese, senza necessità di particolari competenze o strumenti e con tempi di fermo macchina drasticamente ridotti. - Camera calda
L'elevata temperatura richiesta per la lavorazione del PEEK, unita alla sua natura semicristallina, lo rende un materiale con un’elevata percentuale di ritiro volumetrico, di circa il 2%. Quando un materiale con una percentuale di ritiro elevata viene estruso, potrebbe staccarsi dal piano di stampa con un difetto chiamato warpage. La camera calda di Argo ha lo scopo di risolvere questo problema, raggiungendo una temperatura omogenea di 180 ° C in sole 2 ore, che permette al PEEK di solidificarsi allo stato semicristallino. Il flusso d'aria bidirezionale all'interno della camera evita possibili fenomeni di schermatura che si verificherebbero con un flusso unidirezionale. Senza una camera calda, il PEEK verrebbe stampato con un tasso di cristallinità inferiore e il ritiro sarebbe elevato, con conseguenti tolleranze inferiori e un'anisotropia accentuata della parte. - Estrusore HVP
Progettato dal dipartimento di ricerca e sviluppo di Roboze, l'estrusore HVP risolve la necessità di estrudere PEEK. Questo materiale ad alte prestazioni ha un'elevata viscosità, che comporta maggiori difficoltà durante la stampa. L’estrusione del PEEK è facilitata grazie ai canali ceramici interni appositamente progettati per ridurre l'attrito e per influenzare la memoria di forma del materiale. - Piano di stampa
È fondamentale garantire un'ottima adesione tra la parte stampata e il piano di stampa, in modo che durante il processo di estrusione non si verifichino movimenti o deformazioni. I sistemi Roboze utilizzano film polimerici fissati al piano di stampa tramite il sistema del vuoto. Una volta che la parte è saldamente aderente al piano di stampa, è fondamentale mantenere un perfetto parallelismo tra il carrello dell'estrusore e il piano stesso. Con il livellamento automatico del piano di stampa implementato sulle stampanti, è possibile regolare l'inclinazione della lastra tramite tre attuatori, correggendo eventuali dilatazioni termiche e deformazioni meccaniche.
Per ottenere buone stampe, è necessario mantenere una distanza costante tra la testa dell'estrusore e il piano di stampa. Se questa distanza fosse troppo breve, non ci sarebbe spazio sufficiente per la fuoriuscita del filamento, con il risultato di un estrusore ostruito. Se invece la distanza fosse eccessiva, il materiale estruso non aderirebbe saldamente, determinando possibili distacchi delle parti dal piano di stampa.
Con la calibrazione automatica dell'asse Z, è possibile l'identificazione e l'impostazione dello zero macchina, la posizione assoluta dell'estrusore rispetto al piano di costruzione. Questo sistema è indipendente dal tipo di estrusore o dalla sua usura o dall'usura del film polimerico, rendendolo un processo ripetibile. - High Temperature Dryer (essiccatore HT)
Una proprietà tipica di molte materie plastiche utilizzate nella stampa 3D è che sono igroscopiche, ovvero assorbono l'umidità dall'ambiente circostante. Quando le molecole d'acqua presenti nell'aria si condensano sulla superficie del polimero, penetrano al suo interno, interagendo con le catene polimeriche e rompendo i legami covalenti per formare nuovi legami idrogeno. Questo tipo di depolimerizzazione, chiamata idrolisi, porta al degrado delle caratteristiche meccaniche, chimiche ed estetiche. L'utilizzo di un cosiddetto filamento "umido" in una stampante 3D fa evaporare l'acqua all'interno del filamento, creando bolle d'aria nel materiale estruso. Ciò si traduce in una bassa adesione tra gli strati, un peggioramento della finitura superficiale, oozing, stringing, warping e occlusione continua dell'estrusore. Per fortuna c'è una soluzione a questo problema: l'idrolisi è reversibile e Roboze ha sviluppato un dispositivo per l'essiccazione, il trattamento e la gestione dei filamenti all'interno delle macchine: l'HT Dryer.
È un dispositivo in acciaio zincato completamente integrato nelle stampanti, che consente loro di caricare automaticamente la bobina del filamento.
La sua funzione si divide in 3 fasi:
- Applicazione della fonte di calore: il calore rompe i legami idrogeno tra i gruppi polari delle catene polimeriche e le molecole d'acqua, lasciandoli liberi di muoversi lungo il filamento.
- Migrazione delle molecole d'acqua: dal nucleo alla superficie del filamento, guidata dal gradiente di concentrazione.
- Rimozione delle molecole d'acqua: una volta in superficie, le molecole d'acqua vengono rimosse dal filamento con l'aiuto di un flusso di aria.
- Print Log System
Un processo di manifattura additiva può essere definito ripetibile quando le caratteristiche e le tolleranze di parti simili vengono mantenute costanti nel tempo. È stato introdotto il Print Log System per monitorare e analizzare le operazioni eseguite dalla stampante durante la fase di produzione. In questo modo vengono tracciate tutte le operazioni eseguite dalla macchina, con lo scopo di identificare eventuali anomalie e poter garantire nel tempo un prodotto conforme allo scopo di utilizzo.
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