ANNEALING / RICOTTURA
Come migliorare la forza attraverso la ricottura post stampa
Nel mondo della stampa 3D il ciclo di ricottura , è un processo di post-produzione che permette a diversi materiali plastici di affinare le proprietà meccaniche e termiche del filamento. Il metodo di ricottura viene utilizzato per eliminare o rilasciare le tensioni interne del prodotto ed evitarne la rottura in post produzione. La ricottura è fondamentale e molto importante quando si parla di materiali semicristallini perché è noto che cambiano le proprietà fisiche se riscaldati ad alte temperature. Il processo di ricottura aumenta il livello cristallino e riporta il manufatto in equilibrio, riducendo e addirittura eliminando le tensioni interne.
Come funziona?
Il ciclo di ricottura su materiali amorfi, come abbiamo detto, ha la sola funzione di allungamento e non di cristallizzazione. È comunque importante, ma non incide in maniera determinante come accade nei materiali semicristallini .
Ogni materiale semicristallino ha la proprietà di cristallizzare in determinate condizioni e temperature in funzione della struttura chimica e della catena molecolare.
Il processo è direttamente proporzionale: maggiore è la percentuale di cristallinità, maggiore è l'incremento delle prestazioni meccaniche.
Aumentano la forza, l'elasticità e la resistenza alla pressione, inoltre migliorano la stabilità dimensionale. Questo è molto importante per quei componenti che lavorano ad alte temperature e hanno bisogno di mantenere il volume costante.
La cristallizzazione è controllata dal ciclo di raffreddamento.
Per raggiungere un buon livello di cristallizzazione, la temperatura del processo di ricottura deve essere mantenuta entro una finestra compresa tra la temperatura di transizione vetrosa (Tg) e la temperatura di fusione (Tm). Ciò favorisce il corretto livello di mobilità delle molecole per consentire la formazione dei cristalli.
ESEMPIO: PPS E TEMPI DI RICOTTURA
Il punto di fusione (Tm) del PPS è di 280° C mentre la Tg è di circa 130° C. Pertanto, la linea guida per impostare la temperatura del ciclo di ricottura per garantire una corretta cristallizzazione è un minimo di 135° C fino ad un massimo di 150° C .
La stampa 3D offre un vantaggio naturale per aumentare il livello di cristallinità: il tempo di stampa. La durata della stampa è lunga e permette la formazione di un elevato numero di cristalli all'interno del prodotto. Ciò implica che il materiale rimanga a lungo all'interno della macchina da stampa e se dotata di camera riscaldata, con temperature idonee, favorisce il ciclo di ricottura.
In caso contrario è possibile stampare il prodotto e procedere con il ciclo di ricottura in forno in un secondo momento. In questo caso vale la stessa regola: mantenere la temperatura tra i valori di Tg e Tm, considerando il tempo per raggiungere la temperatura, a volte anche 30 minuti; nonché il tempo di raffreddamento, almeno 30 minuti dalla fine del ciclo di ricottura.
DA TENERE IN CONSIDERAZIONE: DEFORMAZIONI POST-TRATTAMENTO
Le dimensioni dopo un trattamento di ricottura possono variare, è bene fare una stampa di esempio e intervenire di conseguenza.
La temperatura di ricottura dipende dall'applicazione. Se il nostro prodotto verrà stampato a 200°C allora la ricottura dovrà essere effettuata ad almeno 205°C, in questo modo eviteremo deformazioni. Si tenga presente che se la ricottura avviene ad una temperatura inferiore a quella di stampa, il ciclo di ricottura comporterà una riduzione della pezzatura.
Come limitare la deformazione
Il componente stampato in 3D con tecnologia FFF potrebbe deformarsi durante il ciclo di ricottura. Per evitare spiacevoli sorprese, si consiglia di riporre l'applicazione in un contenitore metallico e ricoprirla interamente di sabbia. La pressione che la sabbia esercita sul prodotto lo protegge da qualsiasi deformazione. Attenzione però perché, come è noto, la sabbia è un isolante termico. Per una corretta ricottura, raddoppiare il tempo del ciclo di ricottura.
IL CICLO DI RICOTTURA
Come migliorare la resistenza attraverso la ricottura post-stampa
Per una ricottura regolare, la distribuzione del calore deve essere uniforme. Come abbiamo detto è necessario essere molto attenti e tenere sotto controllo il livello della temperatura di ricottura. Per i polimeri semicristallini la temperatura, se troppo elevata, può essere addirittura dannosa.
Un esempio: Nylon
Il punto medio tra Tg e Tm per il nylon è 160° C. A questa temperatura il rischio di ossidazione del nylon è notevole e anche rapido. Ciò può portare a cambiamenti nel colore del materiale e causare una perdita permanente di proprietà meccaniche come la duttilità. Perde quindi capacità di elaborazione.
Per materiali come il nylon è preferibile ricotturare in ambienti inerti, sotto vuoto o immersi in un fluido. Questo perché il nylon necessita di una barriera protettiva che non alteri le proprietà naturali del materiale. Il nylon funziona meglio e previene l'ossidazione quando viene ricotto in olio minerale caldo.
Conclusioni
La ricottura offre vantaggi indiscutibili. Le più moderne stampanti 3D FFF offrono la possibilità di lavorare correttamente molti polimeri semicristallini, in alternativa il processo può essere effettuato grazie ad un forno a circolazione d'aria forzata, ventilato.
Non esiste una regola precisa per determinare il tempo di ricottura in forno, generalmente si impiegano 30 minuti per ogni millimetro di spessore, considerando lo spessore massimo. Tutti i materiali semicristallini possono utilizzare il processo di ricottura, sempre rispettando le corrette impostazioni, dal PLA al PEEK.
Fonte: treedfilaments