TPU per la stampa 3D: tutto quello che c’è da sapere

Il poliuretano termoplastico (TPU) è un elastomero caratterizzato da un’elevata flessibilità e resistenza, unendo le proprietà di termoplastiche e gomme. La flessibilità di questo polimero è dovuta alla presenza di sequenze alternate di segmenti duri e morbidi nella sua composizione chimica. Variando la proporzione di tali segmenti, infatti, anche la rigidità e la flessibilità del materiale cambiano. Ciò influisce sulla trasparenza dei pezzi finali, la morbidezza al tatto e l’adesione delle parti. In generale possiamo dire che il TPU è un polimero che garantisce ai pezzi delle proprietà varie ed estremamente interessanti. Ma cosa dovremmo sapere prima di utilizzare il TPU?

Produzione e caratteristiche del TPU

In termini di proprietà, è importante sapere che questo polimero ha numerosi vantaggi come un’elevata resistenza agli urti, all’usura, all’abrasione e ai tagli. Inoltre, presenta un’adesione degli strati piuttosto avanzata che permette di raggiungere un’eccellente omogeneità meccanica a livello delle parti fabbricate, rendendole isotropiche. Tuttavia, questo tipo di materiale ha alcuni limiti che bisogna tenere in considerazione: il TPU non si adatta bene agli ambienti caldi, il che è importante poiché non resiste alle alte temperature; inoltre le impostazioni di stampa devono variare a seconda della tecnologia impiegata. Rispetto al TPE, un altro filamento flessibile, il TPU si stampa più facilmente e conserva meglio le sue proprietà elastiche a temperature più basse. Il materiale TPU offre una maggiore resistenza all’abrasione e agli oli e grassi. A differenza delle termoplastiche più rigide, il filamento in TPU ha qualità come flessibilità e adattabilità e non presenta problemi di deformazione o delaminazione durante il processo di stampa 3D.

Grazie alla sua flessibilità, il TPU può essere utilizzato per creare cover per cellulari.

Caratteristiche del filamento TPU nella stampa 3D

Quando si stampano i pezzi con il TPU con tecnologia FDM, suggeriamo di applicare un sottile strato di colla al piatto di stampa, che faciliterà l’adesione del materiale. Si raccomanda inoltre che l’ugello di estrusione raggiunga una temperatura compresa tra 210 e 235°C per fondere il filamento (sebbene questo dipenda dal produttore). Questi sono consigli generali, ma il successo del TPU dipenderà dalla configurazione di ciascuna stampante 3D e da un’adeguata calibrazione; quindi, si raccomanda di effettuare piccoli test con questo materiale prima di iniziare con stampe più complesse.

Per quanto riguarda la stereolitografia, il TPU non è consigliato per modelli piccoli e sottili o per quelli che simulano materiali dalla elevata elasticità. Al momento di configurare il modello, si consiglia che i modelli abbiano la forma finale e siano orientati verso il piano di stampa a non più di 20°. I pezzi più sottili e più alti saranno più difficili da stampare, sebbene sia sempre possibile utilizzare ulteriori supporti per garantire un risultato ottimale.

Crediti: BCN3D

Tuttavia, è importante notare che ogni macchina e filamento è diverso, quindi si consiglia di eseguire test per trovare il valore di retrazione ottimale. Inoltre, è importante notare che questo valore può variare tra i diversi filamenti di TPU. Il TPU non richiede un post-trattamento obbligatorio, ma è possibile eseguire alcune tecniche per migliorarne le proprietà o l’aspetto estetico. Un’opzione comune è un trattamento di lucidatura per levigare la superficie e rimuovere i segni dello strato, che possono migliorare l’aspetto finale dell’oggetto stampato. È inoltre possibile applicare uno strato di vernice o rivestimento per migliorarne la resistenza all’acqua, alla polvere e allo sporco.

Principali applicazioni

Nell’industria della produzione additiva, questo materiale apre un mondo di possibilità per diversi mercati. Per cominciare, nelle calzature troviamo la realizzazione di suole elastiche e nel medicale la realizzazione di modelli ortopedici. D’altra parte, nel settore aerospaziale, lo sviluppo di strumenti o sensori e nel settore automobilistico, la creazione di pneumatici e ammortizzatori. Possiamo trovare il TPU anche nel settore sportivo, nella produzione di protezioni per attrezzature per il fitness.

Il TPU è ideale per parti di uso finale, prototipi funzionali, modelli concettuali e componenti personalizzati. Questo tipo di materiale è molto utilizzato, ad esempio, per realizzare cover per cellulari, in quanto protegge il dispositivo da urti e fratture.

L’adesione degli strati permette di ottenere un’eccellente omogeneità meccanica (crediti foto: The Lubrizol Corporation)

Produttori e prezzo del materiale

Sul mercato della produzione additiva oggi possiamo trovare grandi aziende che offrono TPU per creare parti flessibili. Ultimaker ha un filamento chiamato TUP 95A, che è compatibile con le sue stampanti 3D Ultimaker S5, Ultimaker 3 e Ultimaker 2+ e con l’ultima stampante rilasciata dal produttore, la UltiMaker S7. Secondo l’azienda, il materiale supporta fino al 580% di allungamento a rottura; questo filamento è disponibile in 4 colori diversi.

Un’altra azienda è Formlabs, che l’anno scorso ha presentato la sua “resina elastica” per tecnologia SLA. Questa resina ha una durezza Shore di 50A, oltre a un allungamento e un ritorno energetico elevati. Il valore di Shore fa riferimento alla durezza del materiale impiegato o, in altre parole, a quanto è resistente un materiale all’intaccatura. Valori più bassi indicano una minore resistenza o materiali più morbidi. L’elasticità e la resistenza di questo materiale ne permette l’uso in cicli multipli. Inoltre, la tecnologia permette di ridurre i costi e i tempi di consegna stampando direttamente sulle parti morbide.

Crediti: Formlabs

Ci sono anche altre aziende impegnate nello sviluppo di questi materiali come Recreus, che offre una grande varietà di filamenti di stampa 3D. In particolare, il suo rinomato filamento FilaFlex è nato dall’esigenza di innovare nella stampa 3D. Ignacio García, Amministratore Delegato di Recreus ha dichiarato: “La tecnologia di stampa 3D stessa era già innovativa e questo, aggiunto alla flessibilità del materiale con cui creare pezzi flessibili, come ad esempio le scarpe, ha dimostrato senza alcun dubbio il potenziale della manifattura additiva e del FilaFlex”. Altre aziende come BASF offrono il materiale in polvere. Hanno una linea di polveri TPU che chiamano Ultrasint® e, ad esempio, il loro TPU01 è progettato specificamente per le stampanti Multi Jet Fusion della serie 5200 di HP. Il prezzo del filamento in TPU si aggira intorno ai 30-40 euro circa al chilogrammo.

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