Tipi di nylon utilizzati nella stampa 3D FDM

Il nylon, noto anche come poliammide (PA), è una famiglia di polimeri termoplastici apprezzata nella stampa 3D FDM per la sua resistenza, flessibilità e resistenza all'usura. Nonostante le interessanti proprietà meccaniche, i filamenti in nylon sono tra i materiali più difficili da stampare a causa delle elevate temperature di stampa, della tendenza a deformarsi (warping) e della forte affinità per l'umidità. Diversi tipi di nylon sono formulati per la stampa FDM, ciascuno con caratteristiche distintive che influenzano la qualità di stampa, le prestazioni meccaniche e la facilità d'uso.

PA6 (Nylon 6)

PA6 è uno dei nylon più comuni utilizzati nella stampa FDM. È un materiale resistente con elevata resistenza alla trazione e ottima resistenza agli urti, rendendolo adatto per parti funzionali e componenti meccanici. Tuttavia, il PA6 assorbe l'umidità rapidamente dall'aria, il che può causare bolle e scarsa adesione tra gli strati se non viene adeguatamente essiccato. Ha anche una forte tendenza al warping a meno che non venga stampato con un piano riscaldato e una camera chiusa. Le temperature di estrusione tipiche variano da 250°C a 270°C. Dopo la ricottura (annealing), le parti in PA6 acquisiscono una migliore stabilità dimensionale e resistenza al calore grazie a una maggiore cristallizzazione.

PA66 (Nylon 66)

PA66 è simile al PA6 nella composizione ma ha un punto di fusione leggermente più alto, intorno ai 260°C. Questo gli conferisce maggiore rigidità, resistenza all'usura e resistenza al calore rispetto al PA6. Mostra un basso creep sotto carico e si comporta bene per parti meccaniche di precisione. Come il PA6, il PA66 è altamente igroscopico e incline al warping durante la stampa, quindi richiede stoccaggio del filamento in condizioni di asciutto, un piano riscaldato (circa 80°C–100°C) e una camera chiusa. Il materiale si indurisce considerevolmente dopo la ricottura. Tuttavia, quando viene esposto all'umidità successivamente, diventa più duttile e resistente agli impatti.

PA12 (Nylon 12)

PA12 è un filamento di grado ingegneristico comune che si differenzia da PA6 e PA66 per la sua catena molecolare più lunga e la minore assorbimento di umidità. Questo lo rende più stabile dimensionalmente e più facile da stampare con meno problemi di warping. La sua temperatura di estrusione tipica varia tra 240°C e 260°C. Il PA12 offre alta resistenza agli urti, ottima resistenza chimica e maggiore flessibilità rispetto ad altri nylon. La sua minore assorbimento d'acqua significa anche che mantiene l'accuratezza dimensionale più a lungo in ambienti umidi. Il PA12 è resistente al calore fino a circa 180°C e risponde bene alla ricottura per una maggiore cristallizzazione e tenacità.

PA612 (Nylon 612)

PA612 combina caratteristiche di PA6 e PA12. Offre un assorbimento di umidità inferiore rispetto al PA6, mantenendo al contempo una rigidità maggiore rispetto al PA12. Il risultato è un materiale adatto ad applicazioni che richiedono un equilibrio tra resistenza meccanica e stabilità. È più facile da stampare rispetto a PA6 o PA66 e meno soggetto al warping. Le parti in PA612 hanno superfici lisce e sono meno fragili, rendendole versatili sia per componenti estetici che funzionali. La resistenza al calore è moderata, generalmente inferiore a quella del PA66 ma superiore a quella del PA12.

Altre miscele e compositi di nylon

Alcune formulazioni di nylon combinano più tipi di poliammide o includono additivi per raggiungere obiettivi specifici. I nylon rinforzati con fibre sono particolarmente popolari: i rinforzi in fibra di carbonio e fibra di vetro migliorano la rigidità, la resistenza e la stabilità dimensionale riducendo al contempo il ritiro e il warping. Questi additivi migliorano anche la finitura superficiale limitando la deformazione termica durante la stampa. Tuttavia, i filamenti caricati con fibre sono più abrasivi e richiedono ugelli rinforzati.

Sfide di stampabilità

Stampare con successo il nylon richiede alte temperature di estrusione (tipicamente 240°C–280°C), un piano di stampa riscaldato e temperature ambientali controllate (a meno che non si stampi con i nyloPolymaker). L'igroscopicità naturale del nylon provoca l'assorbimento di umidità, che può creare sacche di vapore durante l'estrusione, portando a puntinature superficiali e scarsa adesione tra gli strati. Il filamento dovrebbe essere sempre mantenuto asciutto, idealmente in un contenitore sigillato o in un essiccatore per filamento. Il warping è un'altra grande difficoltà, poiché il nylon si contrae fortemente durante il raffreddamento.

Per affrontare il warping, Polymaker ha sviluppato la Warp Free Technology, che ottimizza la formulazione del materiale per alleviare le tensioni interne durante il raffreddamento. Questo permette di stampare parti in nylon più grandi su stampanti a telaio aperto con un rischio ridotto di incurvamento o separazione degli strati.

Effetti della ricottura e dell'umidità

La ricottura delle parti in nylon ne migliora la cristallizzazione, aumentando la resistenza strutturale, la rigidità e la resistenza al calore. Le parti completamente cristallizzate performano meglio sotto carico e a temperature elevate. Nel tempo, tuttavia, quando le parti assorbono umidità, le catene polimeriche diventano più mobili, risultando in una maggiore duttilità e resistenza agli urti ma minore rigidità. Questo compromesso rende le applicazioni in nylon adatte per parti che richiedono tenacità e una leggera flessibilità.

Riepilogo

Ogni tipo di nylon offre un diverso equilibrio tra facilità di stampa, prestazioni meccaniche e stabilità ambientale. PA6 e PA66 forniscono alta rigidità e prestazioni termiche a scapito di comportamenti di stampa più impegnativi, mentre PA12 e PA612 sono più permissivi e resistenti all'umidità. I nylon rinforzati affrontano ulteriormente il warping e i limiti meccanici. Con essiccazione adeguata, gestione delle temperature e l'uso di formulazioni avanzate come la Warp Free Technology, il nylon rimane uno dei materiali più capaci per la produzione di parti durevoli e funzionali nella stampa 3D FDM.