Guida all'uso della pasta termica nelle stampanti 3D: Efficienza e Manutenzione

La stampa 3D è un processo complesso che richiede attenzione a molteplici fattori per garantire risultati ottimali e preservare la durata del dispositivo. Tra questi, l'ugello, spesso sottovalutato, riveste un ruolo cruciale. Inoltre, l'applicazione corretta della pasta termica è essenziale per la dissipazione del calore e il mantenimento delle prestazioni della stampante.

Introduzione alla Stampa 3D e l'Importanza dell'Ugello

Prima di avviare qualsiasi progetto di stampa 3D, è fondamentale valutare le capacità della propria stampante e configurare le impostazioni per ottenere i migliori risultati possibili. L'ugello, o "nozzle", è un componente chiave dell'hot-end attraverso il quale il filamento riscaldato viene estruso sul piano di stampa. La scelta del materiale e del diametro dell'ugello influisce significativamente sulla qualità e sulla velocità di stampa.

Diametro dell'Ugello: Precisione vs. Velocità

Gli ugelli per stampanti 3D sono disponibili in vari diametri, generalmente da 0,1 a 2,0 mm. Gli ugelli più piccoli offrono una maggiore precisione e dettaglio, ma aumentano i tempi di stampa. Di norma, l'altezza massima dello strato non deve superare l'80% del diametro dell'ugello. Inoltre, materiali speciali come i filamenti caricati con particelle abrasive potrebbero non essere compatibili con ugelli di diametro ridotto.

Gli ugelli più grandi, d'altro canto, consentono un flusso di materiale maggiore, riducendo i tempi di stampa e aumentando l'altezza dello strato. Questo approccio conferisce maggiore stabilità alle stampe, ma a scapito del dettaglio e della finitura superficiale.

Materiali dell'Ugello: Conduttività Termica e Resistenza

Gli ugelli sono realizzati con diversi metalli, ognuno con proprietà di conducibilità termica uniche che influenzano il processo di stampa.

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• Ottone: Materiale più comune grazie all'eccellente conducibilità termica e al costo relativamente basso.
• Acciaio: Offre una maggiore resistenza all'usura rispetto all'ottone e impedisce alla plastica fusa di aderire alla superficie dell'ugello. Tuttavia, la conducibilità termica è inferiore e il costo è più elevato.
• Rubino: Ugelli di lusso con punta in rubino per una maggiore resistenza all'usura, particolarmente utile con filamenti speciali.

Pasta Termica: Cos'è e Perché è Importante

La pasta termica è un composto termoconduttivo che facilita il trasferimento di calore tra la CPU e il dissipatore. Il processore è uno dei componenti che genera più calore all'interno di un PC o di una stampante 3D, rendendo essenziale una dissipazione efficiente. Senza la pasta termica, anche il miglior dissipatore non sarebbe in grado di raffreddare adeguatamente il processore, causando problemi come il thermal throttling o lo spegnimento improvviso del dispositivo.

Tipi di Pasta Termica

Esistono diverse tipologie di pasta termica, con vari livelli di efficacia in base alla qualità del prodotto e al composto utilizzato. La maggior parte delle paste termiche non sono conduttive e sono realizzate a base di silicati, il che le rende sicure per l'uso su PC e stampanti 3D. Tuttavia, alcune paste termiche contengono metalli e sono conduttive, come il metallo liquido, e richiedono una maggiore attenzione durante l'applicazione.

Come Applicare la Pasta Termica: Guida Passo Passo

L'applicazione corretta della pasta termica è fondamentale per garantire un'efficiente dissipazione del calore. Esistono diversi metodi, tra cui il "chicco di riso", la croce, i puntini e la spalmatura con una spatolina. Indipendentemente dal metodo scelto, è importante applicare la giusta quantità di pasta termica per coprire la maggior parte della superficie del processore senza eccedere.

Applicazione su PC Desktop

1. Preparazione: Rimuovere il dissipatore e scollegare le ventole dalla scheda madre.
2. Pulizia: Pulire delicatamente la superficie della CPU e del dissipatore con un panno in microfibra e alcol isopropilico.
3. Applicazione: Applicare una piccola quantità di pasta termica sulla CPU.
4. Installazione: Installare il dissipatore, fissandolo con le viti in dotazione, e collegare le ventole o il radiatore (se a liquido) ai connettori della scheda madre.

Applicazione su Notebook

1. Smontaggio: Scollegare la batteria e rimuovere i componenti necessari per accedere al dissipatore con attenzione. Se non si è esperti, è consigliabile rivolgersi a un tecnico.
2. Rimozione: Scollegare le ventole dalla scheda madre e rimuovere il dissipatore.
3. Pulizia: Pulire la CPU (e la GPU, se presente) con un panno e alcol isopropilico.
4. Applicazione: Applicare la giusta dose di pasta termica sulla CPU e sulla GPU, se presente.
5. Ri-assemblaggio: Fissare nuovamente il dissipatore sulla scheda madre, collegare le ventole e riassemblare il notebook.

Applicazione su Schede Video

1. Smontaggio: Rimuovere il dissipatore della scheda video (e il backplate, se presente) e scollegare le ventole dal PCB.
2. Pulizia: Rimuovere la vecchia pasta termica dalla GPU, dalle memorie e dalle fasi di alimentazione con un panno e alcol isopropilico.
3. Applicazione: Applicare la quantità necessaria di pasta termica.
4. Ri-assemblaggio: Assemblare nuovamente la scheda video, collegando le ventole e installando il dissipatore.

Applicazione su Console

1. Smontaggio: Rimuovere le componenti necessarie per accedere al dissipatore (operazione complessa, consigliata solo a tecnici specializzati).
2. Rimozione: Rimuovere il dissipatore.
3. Pulizia: Pulire la CPU con un panno e alcol isopropilico.
4. Applicazione: Applicare la nuova pasta termica.
5. Ri-assemblaggio: Ri-assemblare il tutto.

Manutenzione e Sostituzione della Pasta Termica

È consigliabile sostituire la pasta termica ogni due anni, o quando le temperature del PC o della stampante 3D non rientrano nei valori ideali. È inoltre importante pulire regolarmente il dispositivo da polvere e sporco, che possono influire negativamente sulle prestazioni.

Materiali per la Stampa 3D: Una Panoramica

Le tecnologie di stampa 3D possono essere distinte anche in base alle tipologie di materiali utilizzabili. I materiali per la stampa 3D sono numerosi e si differenziano tra loro secondo diverse caratteristiche. Il gruppo dei polimeri racchiude un vasto numero di materiali che presentano proprietà molto diverse tra loro, trovando spazio in un numero molto alto di applicazioni. Nella stampa 3D i materiali di consumo si presentano solitamente in tre forme: filamenti, resine e polveri.

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Polimeri Termoplastici e Termoindurenti

I polimeri si suddividono principalmente in due gruppi: termoplastici e termoindurenti. Le termoplastiche sono usate nel processo di stampa 3D a filamento fuso, come anche nella tradizionale produzione tramite stampi. A differenza delle termoplastiche, i polimeri termoindurenti non entrano mai nello stato di fusione. Se vengono fusi, i termoindurenti perdono interamente le proprie caratteristiche tecniche. Tra le tecnologie di stampa 3D, le tecnologie SLA, DLP e Material Jetting sfruttano polimeri termoindurenti in fase di produzione.

Metalli e Materiali Compositi

La stampa 3D in metallo predilige l'alta precisione nella realizzazione di pezzi funzionali e performanti. La stampa 3D a metallo non si ferma all'uso di materiali come l'acciaio. Alcune tecnologie di stampa 3D sono in grado di utilizzare materiali compositi a fibra lunga, filamenti caricati con polveri di ceramica o polveri metalliche e sabbia.

Tecnologie di Stampa 3D: Un Approfondimento

Esistono diverse tecnologie di stampa 3D, ognuna con caratteristiche e applicazioni specifiche.

Stampa a Estrusione (FFF/FDM)

La stampa 3D a estrusione è la più conosciuta. In questo processo, il materiale viene estruso attraverso un ugello. La stampante deposita il materiale su una piattaforma di costruzione lungo un percorso predeterminato, dove il filamento si raffredda e si solidifica per formare un oggetto solido. Comunemente chiamata con gli acronimi FFF (Fused Filament Fabrication) o FDM (Fused Deposition Modeling), questa tecnologia di stampa 3D è la più comune ed economica. La temperatura di estrusione dipende dal polimero utilizzato nella fase di stampa. Il materiale usato più comunemente è il PLA (Acido Polilattico) e viene estruso ad una temperatura compresa tra i 180 e 210 °C. Tuttavia, per stampare argilla è necessario montare un estrusore apposito dotato di una vite e senza riscaldatore.

Polimerizzazione in Vasca (SLA, DLP, MSLA)

La polimerizzazione in vasca è un processo di stampa 3D in cui una sorgente di luce polimerizza in modo selettivo una resina fotopolimerica raccolta in una vasca. A livello pratico, una fonte luminosa viene diretta con precisione verso un punto specifico su un sottile strato di plastica liquida, facendola indurire. Le tecnologie più comuni di polimerizzazione in vasca sono la stereolitografia (SLA), la Digital Light Processing (DLP) e la Masked Stereolitography (MSLA).

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• SLA: Utilizza un laser per fotopolimerizzare la resina.
• DLP: Utilizza un fascio di luce proveniente da proiettori o schermi LCD per solidificare uno strato intero alla volta.
• MSLA: Una variante della tecnologia SLA.

Sinterizzazione Laser (SLS, DMLS, SLM, EBM)

In questa metodologia, le macchine posizionano un sottile strato di materiale in polvere sul letto di stampa, in genere con una lama, su cui poi agisce la fonte di calore che fonde le particelle tra di loro. In seguito, un altro strato di materiale viene depositato e a sua volta fuso. Per "sinterizzazione" s'intende una lavorazione che permette di ottenere elementi compatti partendo da materiali polverulenti. Banalmente, la sinterizzazione può essere vista come la saldatura tra piccole particelle solide. I materiali utilizzabili sono generalmente polimeri e possono contenere caricature di diverso tipo (nylon caricato alluminio, nylon caricato carbonio, poliammide). Sono note tecnologie che prevedono l'uso di materiali differenti, come nel caso del Micro Selective Laser Sintering (μSLS).

• μSLS: Una tecnologia SLS su scala ridotta, in grado di produrre parti metalliche 3D con una risoluzione inferiore a 5 μm e una produttività superiore a 60 mm3/ora.
• DMLS (Direct Metal Laser Sintering): Non scioglie la polvere, ma la riscalda fino a produrre una fusione a livello molecolare.
• SLM (Selective Laser Melting): Utilizza il laser per ottenere una vera e propria fusione della polvere metallica.
• EBM (Electron Beam Melting): Utilizza un fascio di elettroni su un sottile strato di polvere, provocando la fusione e la solidificazione localizzate di una specifica area del piatto di stampa. Generalmente, ha una velocità di stampa superiore grazie alla sua maggiore densità di energia. Il processo avviene sotto vuoto.

Multi Jet Fusion

Multi Jet Fusion è tecnicamente una tecnologia di stampa 3D a fusione di letto di polvere, sebbene abbia somiglianze con il Binder Jetting. Nel processo di stampa Multi Jet Fusion, la stampante depone uno strato di polvere di materiale sul piano di stampa. Un'unità di riscaldamento a infrarossi si sposta in seguito sullo strato di stampa. Col passaggio degli infrarossi, gli agenti reagiscono e attivano una fusione del layer con quello sottostante. Le aree dove è stato depositato l'agente di dettaglio rimangono sotto forma di polvere, in quanto hanno solo funzione di generare i dettagli della geometria. HP afferma che una stampante Multi Jet Fusion differisce dalla maggior parte delle altre tecnologie di stampa 3D in quanto ogni nuovo strato di materiale e agente viene posizionato mentre lo strato precedente è ancora in fase di fusione. Per completare il processo di stampa, l'intero letto di polvere - e le parti stampate in esso contenute - vengono spostati in una stazione di elaborazione separata.

Material Jetting (MJ) e Drop on Demand (DOD)

Il Material Jetting è un processo di stampa 3D in cui goccioline di materiale vengono depositate in modo controllato e polimerizzate su un piano di stampa. Il processo consente di stampare materiali diversi nel singolo oggetto, aggiungendo anche colori e trame. Funziona in modo simile a una stampante a getto d'inchiostro standard. La testina di stampa emette centinaia di minuscole goccioline di fotopolimero e quindi le polimerizza/solidifica utilizzando la luce ultravioletta (UV). Gli oggetti realizzati tramite Material Jetting richiedono i supporti, che vengono stampati simultaneamente durante la costruzione con un materiale solubile, di seguito rimosso durante la fase di post-produzione.

Drop on Demand (DOD) è un tipo di tecnologia di stampa 3D che utilizza una coppia di getti d'inchiostro. Il primo deposita il materiale di stampa, che in genere è un materiale simile alla cera. Il secondo deposita un materiale di supporto solubile. Le stampanti DOD utilizzano anche una sorta di raschietto, che sfiora il layer appena stampato e lo livella, garantendo una superficie perfettamente piana prima di iniziare lo strato successivo.

Binder Jetting

Il getto di legante è una tecnologia di stampa 3D simile a SLS, dove è previsto uno strato iniziale di polvere sulla piattaforma di stampa. A differenza dell'SLS però, il Binder Jetting sposta una testina di stampa sulla superficie della polvere, depositando goccioline di legante, che in genere hanno un diametro di 80 micron. Una volta che uno strato è stato stampato, il letto di polvere viene abbassato e un nuovo strato di polvere viene distribuito sul layer precedente. L'oggetto viene quindi lasciato nella polvere per indurire e acquisire le sue caratteristiche meccaniche. Dopo la stampa, gli oggetti prodotti vengono rimossi dal volume di costruzione e puliti per rimuovere la sabia rimasta in superficie. Gli stampi sono in genere immediatamente pronti per la colata in metallo fuso. Il processo è abbastanza facile da integrare nei processi di produzione o fonderia esistenti.

Il Binder Jetting può essere utilizzato anche per la fabbricazione di oggetti metallici. Il processo prevede, a seguito della fase di stampa, una fase di infiltrazione e di sinterizzazione dei pezzi realizzati, fondamentali per far raggiungere alle componenti le caratteristiche meccaniche desiderate. Il processo di infiltrazione funziona come segue: inizialmente, le particelle di polvere metallica vengono legate insieme utilizzando un agente legante per formare un oggetto in "green state". Una volta che gli oggetti sono completamente induriti, vengono rimossi dalla polvere e posti in una fornace, dove il legante viene bruciato. Successivamente, viene fatta una infiltrazione di bronzo in modo da riempire i capillari aperti, ottenendo un oggetto con una densità di circa il 90% e una maggiore resistenza. Il processo di sinterizzazione può essere applicato laddove le parti metalliche siano realizzate senza infiltrazioni. Al termine della stampa, gli oggetti con in "green state" vengono inseriti in un forno per rimuovere il legante. Successivamente, vengono sinterizzati in una fornace ad un'alta densità di circa il 97%.

Il Plastoc Binder Jetting è molto simile ai sistemi visti in precedenza. Una volta stampate, le parti in plastica vengono rimosse dal loro letto di polvere e spesso possono essere utilizzate senza ulteriori lavorazioni, ma possono essere riempite con un altro materiale, polimerizzate, lucidate o verniciate.

Deposito di Energia Diretta (DED)

La fonte di energia in questione è solitamente un raggio di elettroni, un laser o un plasma. Questa tecnologia può essere usata strato su strato, per realizzare nuovi oggetti, ma può anche essere utilizzata per riparare componenti. Quando il materiale utilizzato in questo metodo di stampa è in polvere, la polvere viene spruzzata insieme a un gas inerte per ridurre o eliminare la possibilità di ossidazione. Il problema più grande con questo metodo di stampa è che non tutto il materiale viene utilizzato durante il processo. Inevitabilmente, ci sarà della polvere che svolazza al di fuori dell'area interessata e non si scioglie. L'EBAM viene spesso eseguito sotto vuoto, riducendo la possibilità che venga contaminato il prodotto finale. I metalli comunemente usati con questa procedura includono leghe di rame, titanio, cobalto e nichel, ma vengono utilizzati anche titanio e altro.

La stampa 3D di LENS avviene all'interno di una camera ermeticamente sigillata, poiché una polvere di metallo viene alimentata attraverso uno o più ugelli e fusa in modo specifico tramite un potente laser. Per questo motivo, un gas inerte (di solito argon) viene usato nella camera di stampa per ridurre quantità di ossigeno e umidità al suo interno. Questo metodo di stampa viene spesso utilizzato per riparare componenti aerospaziali e automobilistici di fascia alta, come le pale dei motori a reazione, ma può anche essere utilizzato per produrre componenti interi.

Cold Spray

Si tratta di una tecnologia di produzione che spruzza polveri metalliche a velocità supersoniche per legarle senza fonderle, il che non produce quasi alcuno stress termico. Potrebbe non sorprendere che questo metodo di stampa 3D non produce stampe di grande qualità superficiale o dettaglio. Questa tecnologia è una delle meno accurate. Le parti prodotte con questo metodo richiedono molte rifiniture di post-produzione.

Laminazione

Sostanzialmente, i laminati sono tagliati tramite taglierine laser o CNC mentre la stampa avanza. Viene usata per produrre prototipi economici e non funzionali a una velocità relativamente elevata o per produrre articoli compositi, poiché i materiali utilizzati possono essere scambiati durante il processo di stampa. Molto apprezzata per i risultati estetici e il relativo basso costo dei materiali di consumo, la tecnica per laminazione produce oggetti incollando strato su strato il materiale impiegato, tra i quali il più utilizzato è la carta. I fogli possono anche essere colorati proprio come accade con le macchine Inkjet. Avremo così un oggetto che potrà essere caratterizzato da infinite colorazioni, rinunciando però alle capacità meccaniche.

Ultrasonic Consolidation (UC)

Ultrasonic Consolidation (UC) è un modo per stampare in 3D oggetti metallici. Questo metodo di stampa 3D utilizza vibrazioni e pressioni ultrasoniche per fondere sottili fogli di metallo a bassa temperatura. A causa del processo di taglio, con questo metodo si ottengono più scarti.

Accessori Utili per la Stampa 3D

• BuildTak: Rivestimento adesivo per piatti stampa che migliora l'adesione dei primi layer ed evita il rischio di imbarcamenti o deformazioni.
• Sonda in acciaio inossidabile: Con ampio display digitale, adatta per rilevare la temperatura di liquidi e superfici.

Resine per Stampa 3D: Tipi e Caratteristiche

Esistono diverse tipologie di resine per la stampa 3D, ognuna con caratteristiche specifiche.

• Resina Standard: Ottima per i principianti, offre alta precisione, stampa veloce e disponibilità di vari colori.
• Resina ad Alta Velocità: Ottimizzata per stampanti come Anycubic Photon Mono M5s, permette di stampare fino a 3 volte più velocemente grazie alla bassa viscosità e alta attività.
• Resina Lavabile ad Acqua: Facile da pulire con sola acqua, risparmiando tempo e denaro.

Consigli per l'Uso delle Resine

• Agitare bene la resina liquida prima dell'uso.
• Pulire il serbatoio e la piattaforma di stampa.
• Utilizzare i parametri di stampa corretti.
• Effettuare una corretta post-elaborazione, come la rimozione del supporto, la levigatura e la colorazione.
• Conservare la resina in un luogo fresco e buio, a temperatura ambiente e protetta dalla luce.

Tempi di Indurimento delle Resine

Comprendere i tempi di indurimento delle resine è fondamentale per ottimizzare il processo di lavorazione e garantire la migliore qualità del prodotto finito. Questo parametro varia considerevolmente in base al tipo di resina utilizzata, alle sue proprietà chimiche specifiche e alle condizioni ambientali.

• Resine Epossidiche: Il tempo di indurimento di una resina epossidica standard può variare tra le 24 e le 48 ore a temperatura ambiente, ma l’indurimento completo può richiedere fino a una settimana.
• Siliconi per Stampi: I siliconi a due componenti possono indurire in poche ore, mentre i siliconi RTV possono richiedere fino a 24 ore.
• Distaccanti: È consigliabile attendere almeno 15-30 minuti prima di procedere con il versamento della resina nello stampo.
• Gomme Siliconiche: Il tempo di indurimento può variare tra le 6 e le 24 ore.

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