Il polipropilene (PP) per la produzione additiva

L’attuale settore della produzione additiva è caratterizzato da un’ampia varietà di materiali: plastiche, metalli, ceramica, cemento… Se guardiamo alla famiglia dei polimeri, la diversità è ancora più grande, con molti materiali termoplastici non sempre facili da stampare. Tra questi c’è il polipropilene (PP), un materiale semicristallino appartenente alla famiglia delle poliolefine, note anche come polialcheni. Ampiamente utilizzato nell’industria dell’iniezione plastica, presenta una serie di caratteristiche interessanti come la leggerezza, la resistenza agli agenti chimici, allo stress e un buon isolamento elettrico. Sul mercato della stampa 3D, tuttavia, è piuttosto raro. Difficile da stampare, richiede un controllo rigoroso della temperatura e un’attenzione particolare all’adesione, sia sul piano di stampa che tra gli strati.

Le termoplastiche semicristalline hanno una struttura molecolare ordinata con punti di fusione molto precisi, a differenza dei materiali amorfi che si ammorbidiscono gradualmente all’aumentare della temperatura. Didier Fonta, direttore delle operazioni di Pollen AM, spiega: “Il polipropilene ha punti di fusione molto precisi ed è molto esigente in termini di trasformazione. Per questo motivo, le fluttuazioni di temperatura devono essere limitate per ottenere proprietà omogenee“. A seconda delle condizioni di polimerizzazione (temperatura, pressione e concentrazioni di reagenti) si possono ottenere diversi tipi di polipropilene. Attualmente esistono 3 forme di polipropilene che dipendono dalla disposizione dei gruppi metilici rispetto al piano della catena principale di carbonio.

Un gruppo metilico. La disposizione dei gruppi metilici influenza il tipo di polipropilene (PP) ottenuto.

Le caratteristiche del polipropilene

Il PP è uno dei materiali termoplastici più utilizzati nel settore industriale, con una domanda globale di circa 45-62 milioni di tonnellate all’anno. Si trova principalmente nell’industria dell’imballaggio (30% del mercato totale), nella fabbricazione di prodotti e apparecchiature elettriche (13%), nell’industria automobilistica (10%) e negli elettrodomestici (10%). Tra i suoi principali vantaggi vi sono il prezzo contenuto, il peso ridotto e il basso attrito che rende la sua superficie relativamente scivolosa. In termini di caratteristiche, il PP ha una buona resistenza ai prodotti chimici ed è idrofobo, il che lo rende un materiale ideale per la produzione di contenitori per prodotti di pulizia, alimenti, ecc. Ha anche un’ottima resistenza allo stress, che gli consente di mantenere la sua forma anche dopo molte torsioni, motivo per cui viene utilizzato per produrre cerniere. Infine, ha una buona resistenza agli urti e un eccellente isolamento elettrico.

Il polipropilene presenta tuttavia alcuni svantaggi: ad esempio, è molto difficile da incollare – la sua superficie è particolarmente inerte, quindi sono necessari trattamenti superficiali speciali. È un materiale altamente infiammabile, sensibile ai raggi UV e all’ossidazione e ha un elevato coefficiente di espansione termica, che ne limita le applicazioni alle alte temperature. Tuttavia, Didier Fonta aggiunge: “Nonostante i suoi difetti, il polipropilene è un materiale eccellente nel complesso. Possiede una miscela unica di qualità che non si trovano in nessun altro materiale e che lo rendono una scelta ideale per molti progetti“.

Stampa 3D del polipropilene

Sebbene il polipropilene sia ampiamente utilizzato nel settore dell’iniezione plastica, non è altrettanto utilizzato nella produzione additiva perché non è una termoplastica facile da stampare. Trattandosi di un materiale semicristallino, è indispensabile controllare la temperatura durante tutto il processo, poiché il PP ha punti di fusione molto precisi (entro cinque gradi). Ad esempio, per ottimizzare il processo di trasformazione del polipropilene in stampa 3D, Pollen AM, in collaborazione con il Gruppo Total, ha sviluppato nuovi estrusori che consentono di lavorare il PP in modo più corretto e di ottenere parti funzionali e di alta qualità.

I nuovi estrusori sviluppati hanno nuove funzionalità e sono personalizzabili (leghe, trattamento superficiale, velocità di taglio/compressione, ecc.). Gli estrusori sviluppati, noti come estrusori “Hight Shear”, integrano diverse ottimizzazioni software, meccaniche ed elettroniche. Sono state sviluppate nuove guaine, coclee e matrici di estrusione, adattate al software e all’elettronica del produttore, per consentire agli utenti della tecnologia Pam di beneficiare di una soluzione adattabile ai requisiti del progetto e del materiale.

L’estrusore sviluppato da Pollen AM.

Il polipropilene può portare al famoso fenomeno del warping, ecco perché può essere necessario utilizzare una camera riscaldata per stamparlo. Va notato che il sistema radiante locale sviluppato da Pollen AM riduce questo fenomeno e può anche migliorare l’adesione tra gli strati. Infine, si tratta di un materiale che non aderisce a tutte le superfici: sarà quindi necessario posizionare un substrato sul piatto di stampa. Pollen AM, tra gli altri, ha sviluppato film di PP da posizionare direttamente sul piano di stampa per migliorare l’adesione della parte stampata alla piastra. Queste pellicole sono un’ottima alternativa ai fogli adesivi o al nastro di tipo Crystal.

Il PP è disponibile anche in forma composita, ad esempio in fibra di vetro per aumentarne la resistenza meccanica, in carbonato di calcio per migliorarne il comportamento al fuoco, ecc.

Esempio di parti in polipropilene stampate in 3D da Pollen AM.

Il prezzo medio osservato del PP in forma granulare varia in media tra 1,20 e 1,70 euro IVA esclusa al chilogrammo. In confronto, il prezzo di questo materiale in formato filamento oscilla tra i 30 e i 50 € HT per 500 grammi, un prezzo che sale quando si tratta di PP caricato. La tecnologia Pam consente quindi agli utenti un reale controllo dei costi e l’utilizzo di gradi di PP già qualificati per le loro applicazioni.

Didier Fonta conclude: “Una volta controllata la temperatura e l’adesione, il PP dà spazio a un gran numero di applicazioni. In Pollen abbiamo combinato questo materiale con il TPE e abbiamo stampato dei dimostratori per uno dei nostri clienti. L’adesione tra i materiali è davvero buona, con il risultato di pezzi con funzionalità e proprietà molto interessanti”.

Hai mai utilizzato il polipropilene nella produzione additiva? Lascia un commento sui nostri canali social Facebook e Linkedin. Trovi tutti i nostri video su YouTube! Non dimenticare di iscriverti alla nostra Newsletter settimanale per ricevere tutte le notizie sulla stampa 3D direttamente nella tua casella di posta!