Sapevate che è possibile miscelare alcune resine non solo per ottenere un colore specifico, ma anche per ottenere delle specifiche proprietà meccaniche dell’oggetto stampato in 3D? Stiamo parlando della miscelazione delle resine standard Prusament Model con l’aggiunta della flessibile Flex80. Ecco come funziona:

la resina Model consente di stampare parti estremamente dettagliate, ha una durezza Shore molto elevata e può rompersi in caso di urti più forti. La resina Flex80, invece, è morbida, flessibile e resiste agli urti, ma la capacità di stampare dettagli minuscoli è leggermente limitata. A volte si potrebbe voler stampare un modello con proprietà fisiche a metà strada tra questi due materiali. Fortunatamente, le resine Prusament Flex80 e Model possono essere miscelate in qualsiasi rapporto e consentono di ottenere le proprietà desiderate. In alcuni casi, è possibile ottenere proprietà fisiche simili a quelle dei materiali termoplastici, pur mantenendo i dettagli precisi della tecnologia MSLA. Per ottenere proprietà a metà strada tra questi due materiali, non basta mescolare il 50% di ciascuna resina. E poiché la variazione delle proprietà meccaniche non è lineare, abbiamo eseguito alcuni test di base per voi. Grazie ai nostri risultati, potrete facilmente regolare la rigidità, la durezza e la flessibilità delle vostre stampe per adattarle alle proprietà dell’applicazione desiderata.

Proprietà meccaniche

Per prima cosa, parliamo delle proprietà meccaniche. La tabella che segue mostra i risultati dei nostri test, ma vorremmo spiegare l’intero processo che ci ha consentito di ottenere questi grafici e questi valori.

I campioni di prova sono stati stampati con la stampante 3D MSLA Original Prusa SL1S SPEED, asciugati con un panno di carta e polimerizzati in CW1S per 0, 3 e 60 minuti. I campioni sono stati poi testati utilizzando la stessa metodologia descritta nelle TDS disponibili sulle pagine dei prodotti dell’e-shop Prusa3D. Se non sapete proprio nulla dei metodi di prova (resistenza alla trazione, resistenza all’urto Charpy…), ne abbiamo parlato brevemente in uno dei nostri vecchi articoli, anche se non si tratta di stampe MSLA, ma di stampe standard a base di filamento.

Curve di trazione di miscele di resine bianche Model e Flex80 polimerizzate per 0, 3 e 60 minuti. Le linee puntinate rappresentano le miscele di resina Model (M) e resina Flex (F) testate come non polimerizzate (G). Le linee tratteggiate rappresentano le miscele di resina modello (M) e resina flex (F) polimerizzate per 3 minuti (C3). Infine, le linee piene rappresentano le miscele stampate e polimerizzate per 60 minuti (C60).

Valori mediati delle proprietà meccaniche delle miscele di resina Model e Flex80 polimerizzate per 0, 3 e 60 minuti.

Il modulo elastico e la resistenza alla trazione (sforzo massimo) piuttosto elevati delle stampe in resina Model non polimerizzate sono sufficienti a sopportare elevate forze di distacco durante la stampa senza delaminazione o deformazione degli strati. Con la polimerizzazione, il materiale si indurisce e i valori del modulo elastico, della sollecitazione massima e della durezza superficiale (Shore D) aumentano. D’altra parte, la flessibilità (allungamento) e la resistenza all’impatto (Charpy) si riducono. Anche la resina Flex80 si indurisce tramite polimerizzazione. Il campione non polimerizzato è molto morbido, con basso modulo elastico, resistenza (sforzo massimo) e durezza superficiale (Shore D). Ciò la rende vulnerabile alla lacerazione di parti sottili anche durante la stampa. La polimerizzazione aumenta i valori di tutte le proprietà meccaniche, dando vita a un materiale relativamente morbido e flessibile, con un discreto allungamento e un’elevata resistenza agli urti (al di sopra dell’intervallo di misurazione del dispositivo di prova utilizzato).

Proprietà meccaniche delle miscele di resina Model e Flex80 polimerizzate per 0, 3 e 60 minuti.

Le proprietà meccaniche delle miscele sono correlate in modo non lineare con le proporzioni di resina Model e Flex80 – come detto all’inizio, il comportamento meccanico di queste miscele non cambia in modo semplice e lineare con la regolazione delle quantità di resine Model e Flex80. La differenza principale si verifica quando la miscela contiene il 25-50% (in peso) di resina Model. La miscela contenente il 35% di resina Model presenta una curva di trazione con un punto di snervamento a 25 Mpa, un modulo elastico di 1,1 GPa, una sollecitazione massima di 27 MPa e un allungamento di circa il 20%. Questi valori, con una resistenza agli urti relativamente elevata, assomigliano alle proprietà dei comuni polimeri termoplastici (usati nella tecnologia FFF).

Ora, cosa significa? Quando si dispone dei dati di base, è possibile regolare il rapporto di miscelazione per avvicinarsi il più possibile alle proprietà meccaniche richieste. Tutte le proprietà meccaniche sono correlate al rapporto di miscelazione, quindi le proprietà meccaniche risultanti si collocano solo a metà strada tra le proprietà della resina Model e Flex80 pura. In altre parole, l’aumento del modulo elastico e della resistenza alla trazione (sforzo massimo) è collegato anche a un aumento della durezza superficiale (Shore D) e a una diminuzione della flessibilità (allungamento) e della resistenza all’impatto (Charpy).

Risoluzione

La resina Flex80 ha una risoluzione leggermente inferiore rispetto alla resina Model. Per visualizzare questo aspetto, abbiamo stampato oggetti di prova (la stella Siemens) con orientamento verticale utilizzando le resine Flex80 e Model e le loro miscele. La parte centrale dell’oggetto si fonde in un’ellisse le cui dimensioni cambiano con la risoluzione. Ad esempio, un’ellisse più ampia che alta significa una risoluzione inferiore in direzione dell’asse z, perché più la superficie è orizzontale, più materiale viene aggiunto per sovrapolimerizzazione in direzione dell’asse z.

Le stelle Siemens sono state stampate in verticale con diverse miscele di resine Model e Flex80, illustrando le differenze nella risoluzione di stampa e la minore risoluzione di stampa della resina Flex80 nella direzione dell’asse z causata dalla sovrapolimerizzazione.

Le dimensioni della parte centrale fusa della stella Siemens stampata verticalmente diminuiscono con l’aumentare della quantità di resina Model e con una risoluzione di stampa più elevata. La forma più larga che alta della parte centrale fusa delle stampe contenenti un’elevata porzione di resina Flex80 è il risultato di una sovraindurimento più significativo in direzione dell’asse z.

Aspetto visivo

Infine, abbiamo stampato questo Prusament Wardragon utilizzando miscele di resine Model e Flex80 per confrontare la variazione di risoluzione di una forma complessa. Mentre la visibilità dei dettagli dipende principalmente dall’opacità della resina, che diminuisce con la diminuzione della porzione di resina del modello, la presenza dei dettagli sull’oggetto stampato sembra inalterata a occhio nudo, nonostante la sovracopertura più significativa della resina Flex80 nella direzione dell’asse z.

L’aspetto visivo degli oggetti complessi stampati utilizzando le resine Model e Flex80 bianche e le loro miscele.

L’aspetto visivo dei dettagli stampati utilizzando le resine Model e Flex80 bianche e le loro miscele.

Conclusioni

Se la resina Model è troppo fragile e non sufficientemente resistente agli urti per la vostra applicazione, potete aggiungere facilmente della resina Flex80 per renderla più resistente. Se la resina Flex80 risulta troppo morbida, soprattutto durante la stampa come corpo verde, è possibile aumentarne leggermente la resistenza con l’aggiunta di resina Model. Il cambiamento delle proprietà da flessibili a rigide (dure) è una funzione non lineare della composizione. Il cambiamento più evidente nelle proprietà meccaniche si verifica nella porzione del 25-50% di resina Model (e del 50-75% di Flex80). Abbiamo scoperto che una miscela composta dal 35% di resina Model e dal 65% di resina Flex80 offre un buon compromesso di proprietà meccaniche (rigida, ma flessibile e resistente agli urti). Questa miscela ha le proprietà meccaniche di una resina da stampa resistente con un punto di snervamento alla curva di trazione dopo 60 minuti di post-curing in CW1S.

Vi piace l’idea di miscelare le vostre composizioni di resina con proprietà meccaniche specifiche? E conoscete già qualche applicazione? Fatecelo sapere nei commenti.

Buona stampa!!