È possibile aumentare la resistenza al calore delle stampe 3D utilizzando una tecnica chiamata ricottura. Il processo può essere piuttosto complicato, ma quando viene eseguito correttamente può dare buoni risultati. Questo articolo spiega come rendere le stampe 3D più resistenti al calore.

Per rendere le stampe 3D più resistenti al calore, è possibile sottoporle a un processo di riscaldamento chiamato ricottura, che consiste nell'applicare un livello costante di calore a un modello utilizzando un forno o acqua bollente per un periodo di tempo, quindi lasciarlo raffreddare. Questo processo modifica la struttura interna del modello per migliorare la resistenza al calore.

Continuate a leggere per ulteriori informazioni su come rendere le stampe 3D più resistenti al calore.

Come rendere il PLA più resistente al calore: la ricottura

La ricottura è un processo che prevede l'applicazione di calore a un materiale per migliorarne la resistenza al calore e la durata. Le stampe in PLA possono essere ricotte ponendole in una fonte di calore a temperature comprese tra i 60 e i 110°C.

Il PLA subisce un processo chiamato cristallizzazione. La temperatura di cristallizzazione si riferisce alla temperatura alla quale la struttura del materiale inizia a diventare cristallina.

Per la ricottura di un modello a base di PLA esistono vari metodi, tra cui i seguenti:

• Cottura in forno
• Collocazione in acqua calda
• Cuocere sul letto riscaldato della stampante 3D

Cottura in forno

Alcuni utilizzano forni tostapane o forni elettrici, che di solito sono migliori di un forno a gas perché consentono una migliore dissipazione uniforme del calore intorno ai modelli 3D.

È inoltre importante utilizzare un termometro per assicurarsi che la temperatura del forno corrisponda effettivamente a quella impostata.

Per garantire la ricottura del modello PLA, si possono seguire i seguenti passaggi:

• Riscaldare il forno elettrico a circa 110°C.
• Mettete le stampe in forno per circa un'ora.
• Lasciare riposare il modello nel forno per circa un'ora, quindi spegnerlo.
• Lasciare raffreddare gradualmente il modello nel forno

Questo processo di raffreddamento graduale contribuisce a ristrutturare le proprietà del modello e ad alleviare le tensioni interne accumulate durante il riscaldamento.

Ecco un video dettagliato che mostra come riscaldare il modello in un forno.

Un utente che ha cotto il suo PLA in un forno a 120°C e poi un secondo a 90°C ha detto che entrambi si sono deformati molto.

Un altro utente ha detto che è meglio usare qualcosa come un tostapane a convezione economico collegato a un regolatore di temperatura PID.

In questo modo si eviterebbero molte deformazioni utilizzando la convezione forzata per il calore e posizionando il modello su un materiale isolante, proteggendo al contempo gli elementi riscaldanti del forno per evitare che la radiazione termica colpisca il pezzo.

Ci si chiede se sia sicuro ricuocere il PLA nello stesso forno in cui si cucina, e non ci sono molte informazioni in merito. Alcuni utenti dicono che è meglio andare sul sicuro, perché la plastica può emettere tossine prima di scaldarsi troppo.

Non vorrete che i residui di questi gas si depositino all'interno del forno con cui cucinate i cibi. Se scegliete questo metodo, è meglio procurarsi un forno tostapane dedicato o qualcosa di simile con cui ricuocere il PLA.

Alcuni utenti affermano di ricuocere in forno, ma di avere il modello avvolto in un foglio di alluminio per ridurre il rischio di esposizione.

Collocazione in acqua calda

È inoltre possibile ricuocere il modello PLA in acqua calda eseguendo le seguenti operazioni:

• Scaldare l'acqua in una ciotola relativamente grande fino al punto di ebollizione.
• Mettere il modello stampato in un sacchetto di plastica e immergerlo nell'acqua calda.
• Lasciare agire per 2-5 minuti
• Togliere il modello dall'acqua calda e metterlo in una bacinella di acqua fredda.
• Asciugare con essiccante o carta assorbente

I metodi di ricottura con acqua bollente sono diversi, ma questo metodo sembra funzionare abbastanza bene.

Ecco un video che evidenzia questo processo e mostra un confronto tra la cottura e la bollitura dei componenti in PLA.

Alcuni consigliano di usare la glicerina al posto dell'acqua, perché funziona ancora meglio essendo igroscopica e quindi non ha bisogno di asciugarsi.

Nel video qui sopra, l'autore ha confrontato la ricottura tramite cottura e quella tramite bollitura e ha scoperto che la bollitura mantiene la precisione dimensionale del pezzo. Un altro aspetto interessante è che è più facile ricuocere pezzi di forma irregolare tramite la bollitura piuttosto che con il forno.

Un utente è riuscito a ricuocere in acqua bollente alcuni supporti motore per aeroplani RC, che però si sono un po' ristretti. In quella parte c'erano dei fori per le viti, ma sono stati ancora utilizzabili forzandoli.

Cuocere sul letto riscaldato della stampante 3D

In modo simile alla ricottura delle stampe 3D in un forno, alcuni consigliano di farlo anche sul letto riscaldato della stampante 3D. È sufficiente riscaldare la temperatura a circa 80-110°C, posizionare una scatola di cartone sopra il modello e lasciarlo cuocere per circa 30-60 minuti.

Un utente ha persino implementato il G-Code per migliorare il processo iniziando con un letto riscaldato a 80°C, lasciandolo cuocere per 30 minuti, quindi lasciandolo raffreddare gradualmente e cuocere per tempi più brevi.

Ecco il codice G utilizzato:

M84 ;stepper spenti

M117 Riscaldamento

M190 R80

M0 S1800 Cottura a 80C 30min

M117 Raffreddamento 80 -> 75

M190 R75

M0 S600 Cottura a 75C 10min

M117 Raffreddamento 75 -> 70

M190 R70

M0 S600 Cottura a 70C 10min

M117 Raffreddamento 70 -> 65

M190 R65

M0 S300 Cottura a 65C 5min

M117 Raffreddamento 65 -> 60

M190 R60

M0 S300 Cottura a 60C 5min

M117 Raffreddamento 60 -> 55

M190 R55

M0 S300 Cottura a 55C 5min

M140 S0 ; Letto spento

M117 Fatto

Migliore temperatura di ricottura del PLA (forno)

Le temperature migliori per ricuocere con successo i modelli in PLA in un forno sono comprese tra 60-170°C, con un buon valore che di solito si aggira intorno ai 90-120°C. Questo valore è superiore alla temperatura di transizione vetrosa e inferiore alla temperatura di fusione del PLA.

La struttura dei materiali PLA è detta amorfa, ovvero la struttura molecolare del materiale è disorganizzata. Per rendere il materiale in qualche modo organizzato (cristallino) è necessario riscaldarlo al di sopra della temperatura di transizione vetrosa.

Se si riscalda il materiale molto vicino alla temperatura di fusione o al di sopra di essa, la struttura del materiale collassa e, anche dopo il raffreddamento, non può tornare alla sua struttura originale.

Pertanto, per una ricottura ottimale non ci si deve allontanare troppo dalla temperatura di transizione vetrosa.

Le temperature migliori per la ricottura del PLA variano in base a come è stato prodotto il PLA e a quali tipi di cariche contiene. Un utente ha detto che di solito è sufficiente raggiungere temperature di circa 85-90°C, mentre i PLA più economici potrebbero richiedere temperature più elevate per un periodo più lungo.

Un buon filamento PLA+ dovrebbe necessitare solo di pochi minuti a 90°C per cristallizzare. Ha detto di averlo fatto anche utilizzando il letto riscaldato della sua stampante 3D, mettendo una scatola sopra la parte per trattenere il calore.

Come ricuocere il PLA senza deformazioni

Per ricuocere il PLA senza che si deformi, molti utenti suggeriscono di impacchettare strettamente il modello in una ciotola di sabbia prima di metterlo in forno per la cottura. Si dovrebbe anche lasciare raffreddare il modello mentre è nella sabbia. Si può anche usare il metodo della bollitura con il modello in un sacchetto di plastica e spegnerlo poi in acqua fresca.

È necessario assicurarsi che vi sia sabbia anche sul fondo del modello, possibilmente a circa 5 cm.

Ecco un bel video di MatterHackers che mostra come eseguire questo processo. Si può anche usare il sale al posto della sabbia, perché si scioglie facilmente in acqua ed è più accessibile.

Un utente che ha utilizzato questo metodo ha dichiarato che ha funzionato alla grande per la ricottura del suo PLA senza deformazioni, anche a una temperatura di 100°C. Ha impostato il forno per un'ora e ha lasciato che la stampa si raffreddasse ed è venuta benissimo.

Un altro utente che ha ricotto il PLA a 80°C ha dichiarato di poter riscaldare gli oggetti a circa 73°C senza che diventassero flessibili. I modelli in PLA non hanno cambiato consistenza e hanno avuto una resistenza simile tra gli strati.

Una persona ha descritto la sua esperienza di utilizzo di sale fino al posto della sabbia, mettendone uno strato nel suo piatto in Pyrex, inserendovi la sua stampa 3D, insieme a un termometro Bluetooth e aggiungendo altro sale fino a riempire il piatto.

Poi l'ha messo in forno a 170°F (76°C) e ha aspettato che il termometro raggiungesse i 160°F (71°C), quindi ha spento il forno e l'ha lasciato raffreddare per tutta la notte con la parte ancora imballata nel sale.

I risultati di questa operazione hanno eliminato i problemi di delaminazione (divisione dello strato), oltre a una deformazione quasi nulla e a un tasso di ritiro uniforme sull'asse X, Y e Z di appena lo 0,5%.

Qual è la resistenza al calore del PETG?

Il PETG ha una resistenza al calore di circa 70°C, a differenza del PLA che ha una resistenza al calore di 60°C. Queste temperature sono note come temperatura di transizione vetrosa. ABS e ASA hanno una resistenza al calore di circa 95°C.

Ecco un video che mostra un test di resistenza al calore del PETG in mezzo ad altri tipi di filamenti.