Tutto quello che c’è da sapere sulla stampa 3D del Kevlar

La fibra aramidica è una poliammide sintetizzata ampiamente utilizzata nella produzione additiva e caratterizzata da un’elevata resistenza. È stata sviluppata per la prima volta nel 1965 da Stephanie Kwolek, chimica e pioniera della ricerca sui polimeri che nel corso della sua carriera ha vinto numerosi premi e depositato numerosi brevetti. Il termine Kevlar® è stato registrato dall’azienda DuPont, presso cui Kwolek lavorava, e ha iniziato a essere commercializzato nel 1972. Grazie alle sue interessanti proprietà meccaniche, questa plastica sintetica è una delle più resistenti sul mercato e viene utilizzata in un’ampia gamma di applicazioni. Oltre a essere compatibile con molti metodi di produzione tradizionali, il Kevlar viene utilizzato nella stampa 3D per creare parti finali. Per saperne di più su questa poliammide e sulle sue possibilità nel settore della produzione additiva, non perderti questa guida completa.

Caratteristiche del materiale

Il Kevlar è un tipo di plastica che, secondo la sua classificazione scientifica, è definita come poliammide aromatica sintetica. In altre parole, si tratta di una sostanza artificiale costituita da molecole interconnesse. La fibra aramidica appartiene alla famiglia delle materie plastiche ottenute per polimerizzazione, cioè l’assemblaggio di lunghe catene di molecole. Le fibre di Kevlar, in particolare, sono disposte in linee parallele regolari e strettamente intrecciate, il che le rende molto resistenti. Esistono due tipi di fibre aramidiche:

• Kevlar 29, ovvero la fibra così come si ottiene dopo la sua produzione. Viene utilizzata principalmente per rinforzare cinture o tessuti.
• Kevlar 49: ottenuto quando le fibre sono combinate con una resina per formare un materiale composito. Queste fibre richiedono un trattamento superficiale per favorire l’adesione alla resina.

La fibra aramidica è caratterizzata da una grande forza e resistenza.

Si parla molto della resistenza della fibra aramidica, ma di cosa si tratta esattamente? Il Kevlar ha una resistenza alla trazione dieci volte superiore a quella dell’acciaio, grazie alla reticolazione delle catene interne mediante legami a idrogeno. Ha anche un’elevata resistenza balistica. Le fibre sono avvolte così strettamente che è quasi impossibile separarle. Pertanto, quando un proiettile o una pallottola colpisce ad alta velocità, le fibre intrappolano, assorbono e dissipano la sua energia. Allo stesso tempo, le catene molecolari sono perfettamente estese e allineate, fornendo una barriera difensiva contro tagli e perforazioni. Infine, il materiale è intrinsecamente resistente al calore e alle fiamme, il che lo rende una scelta ideale per la protezione contro i rischi termici fino a 425°C.

Stampa 3D del Kevlar

Come già detto, il Kevlar è una plastica compatibile con la produzione additiva. Grazie alla versatilità del materiale, il suo utilizzo nel settore della stampa 3D si sta espandendo rapidamente per ampliarne le potenzialità e le possibilità. È anche una scelta ideale quando si tratta di aggiungere resistenza e flessibilità alle parti finali. In termini di qualità, la struttura molecolare lunga e regolare del Kevlar favorisce una finitura molto liscia e un’alta risoluzione degli strati stampati.

La stampa 3D FDM è senza dubbio la tecnologia più diffusa per l’utilizzo della fibra aramidica. A causa della sua composizione, il Kevlar è più facilmente disponibile sotto forma di filamento, anche se è necessaria l’attrezzatura giusta per garantirne l’uso corretto. Quando si stampano pezzi con il Kevlar, ci sono diversi aspetti da considerare. Trattandosi di un filamento composto da molecole lunghe e ininterrotte, c’è un rischio maggiore che il materiale si incastri nell’ugello, quindi è necessario assicurarsi che l’estrusore abbia una larghezza di almeno 4 mm. Il Kevlar ha un punto di fusione molto alto, quindi la stampante 3D utilizzata deve essere in grado di raggiungere temperature elevate. Infine, è importante prestare attenzione al primo strato stampato, poiché il Kevlar non è un materiale che aderisce facilmente; in questo caso, l’uso della colla può essere molto utile.

Crediti fotografici: Markforged

Sebbene sia la più diffusa, l’estrusione non è l’unica tecnologia compatibile con il Kevlar. Alcune organizzazioni e progetti di ricerca stanno utilizzando la fibra aramidica nella stampa 3D in resina. A tal fine, microscopiche fibre aramidiche vengono mescolate con la resina per ottenere la giusta viscosità. Le parti risultanti sono più resistenti all’usura.

Applicazioni e prezzo del materiale

Grazie alla sua elevata resistenza al calore, alla forza di trazione e alla tenacità, il Kevlar è ampiamente utilizzato nella stampa 3D per le applicazioni più impegnative. Con caratteristiche simili a quelle di alcuni metalli, ma con una maggiore leggerezza, è molto utile in settori come la difesa, l’automotive, i beni di consumo e l’aerospaziale. Allo stesso tempo, le sue qualità di assorbimento degli urti e di antiabrasione rendono la fibra aramidica una buona scelta per la produzione di parti di macchine industriali che entrano in contatto l’una con l’altra.

Dal punto di vista del prezzo, la stampa 3D del Kevlar non è molto economica, soprattutto per i privati. Come abbiamo detto, l’uso della fibra aramidica nella produzione additiva richiede una macchina adeguata in grado di resistere alle alte temperature. A tal fine, è importante investire in attrezzature di alta qualità. Il prezzo del materiale è di circa 100 euro per una bobina da 50 metri (5 volte di più del PLA). In molti casi, se si desidera beneficiare dei vantaggi di questo materiale, è meglio optare per un servizio di stampa 3D che realizza parti su richiesta.

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*Crediti per la foto di copertina: Mark3D