I filamenti flessibili per la stampa 3D: ecco come si spiegano

La rugosità superficiale ha un impatto significativo sulla funzionalità, sull'estetica e sulla qualità complessiva delle parti stampate in 3D. Ingegneri e progettisti devono capire come misurare, controllare e ottimizzare la rugosità superficiale all'interno del processo di produzione per ottenere i risultati desiderati del progetto.

Questo articolo esplora le metriche critiche per la misurazione della rugosità superficiale - Ra e Rz -, come le varie tecnologie di stampa 3D influiscono sulla finitura superficiale, i fattori che influenzano la rugosità superficiale e come regolarla e migliorarla.

Che cos'è la rugosità superficiale nella stampa 3D?

La rugosità superficiale nella stampa 3D si riferisce alla misurazione della struttura e delle irregolarità sulla superficie di una parte stampata in 3D.

È un aspetto critico della stampa 3D, in quanto può influire sull'estetica, sulla funzionalità e sulle prestazioni complessive del pezzo. Vari fattori, tra cui la stampa 3D, le proprietà dei materiali e le tecniche di post-elaborazione, possono causare la rugosità della superficie.

Una superficie liscia è essenziale per molte applicazioni, come quelle aerospaziali, automobilistiche e mediche, in cui la qualità della superficie è fondamentale.

Comprendere i valori di Ra e Rz

Ra (rugosità media) e Rz (altezza massima media) sono comunemente utilizzati per quantificare la rugosità della superficie.

• Ra misura la deviazione media delle irregolarità della superficie dalla linea media, fornendo un'idea generale della levigatezza della superficie. Valori Ra più bassi indicano superfici più lisce, spesso preferite in applicazioni che richiedono un'estetica o un adattamento preciso.
• Rz misura la differenza di altezza media tra i cinque picchi più alti e le cinque valli più profonde su una lunghezza di campionamento. Mentre Ra fornisce una rugosità media, Rz cattura gli estremi, offrendo una comprensione più dettagliata della texture della superficie.

Ra e Rz sono essenziali per valutare la qualità delle superfici stampate in 3D, in particolare per selezionare la tecnologia e i metodi di post-elaborazione giusti per ottenere requisiti di superficie specifici. La misurazione di questi valori avviene in genere attraverso un test di rugosità superficiale, in cui si utilizza uno stilo sensibile per raccogliere le misure.

Misurazione della rugosità superficiale

La misurazione della rugosità superficiale è fondamentale per determinare la qualità di un pezzo stampato in 3D.

Il metodo più comune è l'utilizzo di un profilometro, che misura la deviazione della superficie dal suo piano ideale. Il valore Ra (rugosità media) è la misura più diffusa della rugosità della superficie, calcolata facendo la media dei valori assoluti delle deviazioni della superficie.

Un valore Ra più basso indica una superficie più liscia. Altri metodi di misurazione della rugosità superficiale sono l'ispezione visiva, il test tattile e la scansione ottica.

Come le diverse tecnologie di stampa 3D influenzano la rugosità della superficie

La rugosità della superficie varia in modo significativo a seconda della tecnologia di stampa 3D utilizzata. Ogni metodo presenta vantaggi e limiti distinti per ottenere una finitura liscia.

Fusione del letto di polvere laser (LPBF)
La LPBF, comunemente utilizzata per la stampa 3D di metalli, tende a produrre parti con superfici relativamente ruvide a causa delle particelle di polvere parzialmente fuse che aderiscono alla superficie. I valori Ra tipici sono compresi tra 5 e 15 µm, ma possono essere ridotti con tecniche di post-elaborazione come la lavorazione o la lucidatura. In MakerVerse, tutti i pezzi LPBF sono sottoposti a sabbiatura media per ridurre al minimo la rugosità della superficie.

PolyJet
La tecnologia PolyJet è nota per la produzione di alcune delle superfici più lisce della stampa 3D. Il processo prevede il getto di strati di fotopolimero liquido polimerizzato con luce UV su un vassoio di costruzione. La risoluzione fine e la deposizione uniforme degli strati danno luogo a finiture superficiali di alta qualità, ideali per prototipi e modelli che richiedono un'eccellente qualità visiva. L'applicazione di un sottile strato di epossidica carteggiabile può migliorare ulteriormente la scorrevolezza delle stampe PolyJet, riempiendo le piccole imperfezioni.

Modellazione a deposizione fusa (FDM)
La FDM è ampiamente utilizzata per prototipazione e funzionale ma può produrre superfici ruvide a causa di linee di strato visibili, con valori Ra tipicamente compresi tra 10 e 25 µm. La rugosità dipende dall'altezza dello strato, dalle dimensioni dell'ugello e dal materiale. Per ottenere una finitura più liscia sono spesso necessarie fasi di post-lavorazione come la levigatura, la lisciatura chimica o il rivestimento. Tuttavia, mantenere l'accuratezza dimensionale durante la post-lavorazione può essere impegnativo, soprattutto quando si utilizzano tecniche aggressive come la levigatura chimica. MakerVerse offre la sabbiatura gratuita per ridurre la rugosità della superficie.

Sinterizzazione laser selettiva (SLS)
La SLS, spesso utilizzata per parti in nylon durevoli, può presentare un'elevata rugosità superficiale dovuta alla polvere sinterizzata, con valori Ra compresi tra 10 e 20 µm. La polvere non sinterizzata che si attacca al pezzo durante la stampa contribuisce a questa rugosità, rendendo necessaria una post-elaborazione per le applicazioni che richiedono una superficie più liscia. La sabbiatura superficiale è inclusa in tutti gli ordini effettuati tramite MakerVerse.

Fusione multigetto (MJF)
La MJF offre una finitura superficiale più liscia rispetto alla SLS, con valori Ra tipici compresi tra 5 e 10 µm. L'uso di un agente di fusione e di lampade a infrarossi contribuisce a creare una superficie più uniforme, anche se per i pezzi che necessitano di una finitura molto liscia può essere necessaria una post-elaborazione. La sabbiatura media è inclusa gratuitamente in MakerVerse.

Stereolitografia (SLA)

La tecnologia SLA produce superfici lisce e di alta qualità con bassi valori di Ra. Questa tecnologia utilizza un laser per polimerizzare la resina liquida strato per strato, ottenendo superfici estremamente dettagliate e lisce. La SLA viene spesso utilizzata in applicazioni in cui sono fondamentali i dettagli e l'eccellente qualità della superficie.

Fattori che influenzano la rugosità superficiale nella stampa 3D

Oltre al tipo di produzione utilizzato, diversi fattori influenzano la rugosità superficiale delle parti stampate in 3D:

Scelta del materiale: Il tipo di materiale utilizzato nella stampa 3D influisce in modo significativo sulla rugosità della superficie. I materiali con granulometria più fine o con caratteristiche di estrusione più morbide producono generalmente superfici più lisce. Ad esempio, il PLA in Stampa FDM spesso si ottiene una finitura più liscia rispetto all'ABS, grazie alla temperatura di stampa più bassa e alla riduzione della deformazione. I materiali con granulometria più grossa possono produrre una superficie ruvida, che può richiedere ulteriori fasi di finitura.

Altezza e risoluzione del livello: L'altezza dello strato è direttamente correlata alla rugosità della superficie. Un'altezza di strato minore produce dettagli più fini e superfici più lisce, perché i passaggi tra gli strati sono meno evidenti. Tuttavia, la riduzione dell'altezza dello strato aumenta il tempo di stampa, il che rappresenta un compromesso da considerare.

Tecniche di post-elaborazione: La post-elaborazione gioca un ruolo cruciale nel migliorare il finitura superficiale delle parti stampate in 3D. Tecniche come la levigatura, la lucidatura, la levigatura chimica e la sabbiatura possono ridurre significativamente la rugosità della superficie, migliorando i valori di Ra e Rz. La post-elaborazione è essenziale per affrontare le superfici irregolari che derivano dalla natura layer-by-layer della stampa 3D. Varie tecniche di finitura superficiale, come la levigatura e la lisciatura chimica, possono migliorare significativamente l'aspetto finale e la funzionalità della parte stampata.

Opzioni di post-elaborazione e tecniche di finitura della superficie

• Levigatura e lucidatura: Questi metodi meccanici riducono la rugosità della superficie, in particolare per le parti FDM e SLS. Il processo di levigatura inizia con una carta vetrata grossolana per rimuovere le imperfezioni più importanti e passa a grane più fini per ottenere una finitura più liscia. La levigatura è spesso seguita dalla lucidatura per ottenere una finitura lucida. La lucidatura può migliorare ulteriormente il pezzo, creando una superficie lucida, esteticamente gradevole e funzionale.

• Levigatura chimica: Questo processo prevede l'esposizione del pezzo a un vapore di solvente ed è comunemente usato per le stampe di polimeri, soprattutto con l'ABS. Il processo rende liscia la superficie dissolvendo parzialmente lo strato esterno del pezzo, riducendo i valori di Ra e Rz.

• Levigatura del vapore è un tipo specifico di levigatura chimica per materiali come l'ABS. In questo processo, la superficie viene esposta a un vapore che scioglie e leviga gli strati superiori, ottenendo una finitura più liscia.

• Esplosione mediatica: Questa tecnica prevede la sabbiatura del pezzo con mezzi abrasivi per lisciare la struttura della superficie. È efficace per ridurre la rugosità in SLS e Parti MJF.

• Elettrolucidatura: L'elettrolucidatura è un metodo standard per le parti metalliche stampate in 3D per ridurre la rugosità della superficie. Rimuove un sottile strato di materiale, migliorando i valori Ra e Rz e l'aspetto complessivo del pezzo.

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La rugosità della superficie è fondamentale nella stampa 3D e influisce sulla funzionalità e sull'estetica del prodotto finale.

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