Schede tecniche
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Come interpretare una SDS e una TDS del materiale per la stampa 3D FFF
Quando si seleziona un filamento per la stampa 3D FFF, i maker si imbattono spesso in due documenti chiave: la Scheda di Sicurezza (SDS) e la Scheda Tecnica (TDS). Mentre la SDS si concentra sulla manipolazione sicura, lo stoccaggio e i rischi, la TDS presenta le caratteristiche meccaniche, termiche e di lavorazione del materiale. Sapere come leggere questi valori ti permette di confrontare i materiali e ottimizzare le impostazioni per la tua applicazione.
Di seguito è riportata una guida per comprendere i valori e i grafici comunemente presenti in una TDS, facendo riferimento alla Polymaker HT-PLA V1.1 come esempio.
Proprietà termiche
I materiali FFF elencano una serie di misurazioni relative alla temperatura che descrivono come la plastica si comporta al calore.
Temperatura di transizione vetrosa (Tg): La Tg è la temperatura alla quale il polimero passa da uno stato rigido, simile al vetro, a uno stato più morbido, simile alla gomma. Nell'HT-PLA, la Tg è indicata intorno a 59,8°C.
Temperatura di fusione (Tm): La temperatura alla quale le regioni cristalline del materiale si fondono. Qui, l'HT-PLA ha un punto di fusione intorno a 177°C. Conoscere questo valore garantisce la scelta di una temperatura di estrusione ben al di sopra di questo valore per un flusso regolare. I polimeri amorfi non hanno una temperatura di fusione definita.
Temperatura di cristallizzazione (Tc): La temperatura alla quale le regioni amorfe del polimero si riorganizzano in strutture più ordinate e cristalline durante il raffreddamento. Per l'HT-PLA, la Tc è intorno a 77°C. Una forte cristallizzazione aumenta la rigidità e la resistenza al calore dopo la stampa.
Temperatura di decomposizione (Td): Questo è il punto in cui il materiale inizia a scomporsi chimicamente. Per l'HT-PLA, la decomposizione avviene intorno a 336°C. Superare questa temperatura comporta il rischio di bruciature o di emissione di fumi.
Temperatura di ammorbidimento Vicat (Vicat): La temperatura alla quale un materiale inizia a deformarsi sotto un carico definito. L'HT-PLA mostra valori superiori a 100°C quando è ricotto (annealed). Questo aiuta a indicare l'intervallo operativo prima che inizi il cedimento.
Temperature di deformazione termica (HDT): L'HDT misura quando un materiale si deforma sotto carico a una data temperatura. L'HDT dell'HT-PLA è di circa 58°C così come stampato, ma aumenta oltre 150°C quando è ricotto. Questa è una misura chiave della stabilità termica per pezzi utilizzati in ambienti caldi.
Interpretare una curva HDT
Una curva HDT traccia la deflessione di un materiale sotto carico con l'aumento della temperatura. Porzioni piatte indicano una buona resistenza all'ammorbidimento, mentre cali bruschi mostrano il punto di transizione in cui si verifica la deformazione plastica. Per l'HT-PLA, la curva dimostra perché il ricottura migliora drasticamente le prestazioni ad alte temperature, spostando il punto di ammorbidimento fino a 50°C.
Proprietà meccaniche
Comprendere i test di trazione, flessione e impatto è fondamentale, poiché mostrano quanto un filamento sia resistente, rigido e tenace.
Resistenza alla trazione: La massima tensione che un materiale può sopportare mentre viene tirato prima di rompersi. L'HT-PLA mostra ~43 MPa nella direzione XY, ma solo ~20 MPa in Z, evidenziando la debolezza della coesione tra strati comune nelle parti FFF.
Modulo di Young: Una misura della rigidità sotto tensione. I valori sono espressi in megapascali. L'HT-PLA ha ~3000 MPa, indicando che è relativamente rigido rispetto a materiali flessibili come il TPU. Un modulo più alto significa minore allungamento sotto carico.
Allungamento a rottura: La deformazione (percentuale di allungamento) che il materiale può subire prima della rottura. L'HT-PLA si allunga sotto il 3 percento prima di rompersi, rendendolo un materiale rigido e fragile rispetto ai nylon o al TPU.
Resistenza a flessione (resistenza flessionale): La tensione che il materiale può sopportare prima di rompersi quando viene piegato. Per l'HT-PLA, i valori si avvicinano a 66–74 MPa nel piano, riflettendo una buona rigidità.
Modulo a flessione (modulo flessionale): Simile al modulo di Young, ma misurato sotto carichi di flessione anziché di trazione. Questo aiuta a prevedere la rigidità di travi e parti portanti.
Resistenza all'urto Charpy intagliata: Misura quanta energia il campione può assorbire da un impatto improvviso. L'HT-PLA mostra valori intorno a 4–5 kJ/m², che sono modesti rispetto a gradi modificati per l'impatto come ABS o miscele di PC. Questo test mette in evidenza fragilità o tenacità.
Dati di stampa e lavorazione
Una TDS tipicamente include le condizioni di stampa raccomandate:
Temperatura dell'ugello: 210–230°C per HT-PLA
Temperatura del piano: 25–60°C
Requisito di essiccazione: 60°C per 6 ore se viene assorbita umidità
Velocità di stampa: fino a 300 mm/s
Ricottura (Annealing): 30 minuti a 80–90°C aumenta la cristallinità e migliora l'HDT
Queste note sono fondamentali per ottenere le proprietà elencate. Un materiale stampato al di fuori di questi parametri può mostrare una resistenza e una stabilità significativamente ridotte.
SDS e resistenza chimica
La SDS approfondisce la sicurezza chimica, lo stoccaggio, lo smaltimento e i rischi di manipolazione. Le tabelle spesso includono la resistenza del materiale ad acidi, alcali o oli. Ad esempio, l'HT-PLA elenca:
Buona resistenza a oli e grassi
Scarsa resistenza a acidi forti
Resistenza da discreta a scarsa agli alcali
Questo aiuta a determinare l'idoneità per ambienti in cui l'esposizione chimica è una preoccupazione.
Utilizzare TDS e SDS insieme
Usa la TDS quando decidi se le proprietà meccaniche e termiche del materiale soddisfano i requisiti del tuo pezzo.
Usa la SDS quando decidi come usare, manipolare e conservare in sicurezza il filamento.
Imparando a interpretare gli standard tecnici riportati in entrambi i documenti, puoi adattare il comportamento di un filamento alla tua applicazione, selezionare i materiali in modo più intelligente e prevedere come i pezzi stampati in 3D si comporteranno in servizio.
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