Cos’è la ricottura: migliorate le vostre stampe 3D

Tutti coloro che si occupano di stampa 3D avranno sicuramente avvertito la necessità di ottimizzare le proprie stampe 3D e di migliorarne le proprietà meccaniche. Ciò può essere fatto provando materiali più industriali o regolando le impostazioni di stampa. Queste opzioni, tuttavia, possono rivelarsi costose o non in grado di garantire i risultati desiderati. A questo punto vi starete chiedendo se esiste un modo per migliorare una stampa 3D senza dover pagare per materiali di qualità industriale o passare ore a regolare le impostazioni. Esiste e si chiama ricottura.

Comprendere la ricottura

Definizione di ricottura nel contesto della stampa 3D

The concept of annealing originated in metallurgy, which became a useful practice when improving steel ductility and power. During annealing, the temperature and cooling rate are precisely managed to optimise the overall performance of the object.

Similarly, annealing in 3D printing can substantially grow mechanical traits. It’s a process that consists of heating the object and then cooling it in a controlled environment. This approach reduces internal tensions inside the material, ensuring a more potent and greater temperature-resistant product.

Impatto sulle proprietà del materiale

La ricottura avviene grazie a un meccanismo di cristallizzazione che produce effetti opposti su metalli e polimeri. Ad esempio, usando il filamento di PLA, la ricottura prevede che il materiale venga riscaldato a temperature superiori alla sua temperatura di transizione vetrosa, facendo sì che le catene polimeriche si riorganizzino in forme cariche positivamente, conosciute come regioni cristalline. Queste aree incrementano la robustezza meccanica, la resistenza termica e la stabilità chimica della superficie del polimero.

Origine: Prusa Research

Diversamente dai metalli, dove la ricottura migliora la duttilità, le aree cristalline che si formano nei polimeri garantiscono durezza e flessibilità. Queste strutture cristalline si formano mediante processi di nucleazione e crescita, nei quali la temperatura influisce sull’equilibrio dei due componenti.

Vantaggi della ricottura sulle stampe 3D

Resistenza meccanica e durevolezza migliorate

Una volta ricotte correttamente, le parti stampate in 3D presentano restringimenti o deformazioni minime e incrementano in modo significativo le proprietà meccaniche. La ricottura può incrementare la resistenza alla flessione e la rigidità, rendendo le parti altamente resistenti alle sollecitazioni meccaniche e agli urti. Ad esempio, l’Università di Groningen ha ricotto il filamento PET in fibra di carbonio a 120°C, ottenendo un miglioramento del 18,5% della resistenza alla flessione. Inoltre, la ricottura migliora la resistenza dei materiali al calore al di sopra della loro temperatura di transizione vetrosa (TG), rendendoli più resistenti e durevoli.

Resistenza al calore e stabilità migliori

Gli accademici del Polymers journal hanno testato campioni di ABS puro ricotto a temperature da 105°C a 175°C per migliorare la resistenza alla trazione differenziale fino a 4 ore, alle condizioni ottimali di ricottura di 105°C, con una resistenza alla trazione di circa il 6,31% rispetto a quella dei campioni non trattati. Inoltre, la ricottura riduce le variazioni di forma delle parti stampate, garantendo una maggiore stabilità della forma nel tempo.

Riduzione degli stress interni e delle deformazioni

Il vantaggio principale derivante della ricottura è che può ridurre contemporaneamente le tensioni interne, la porosità e la deformazione delle parti stampate in 3D, migliorando così l’adesione tra gli strati e di conseguenza l’integrità strutturale complessiva. Questo metodo di post-elaborazione limita il restringimento e la deformazione ed elimina le tensioni residue nel materiale. Durante la ricottura, è importante tenere presente che le elevate temperature di riscaldamento possono causare un deterioramento delle proprietà di stampa e l’ossidazione della superficie, soprattutto per materiali come il PET-CF. Un’attenta selezione della temperatura di ricottura in base alle proprietà desiderate del prodotto finale può ridurre la deformazione e migliorare le proprietà meccaniche.

Ricottura di diversi materiali

Sebbene la ricottura risulti più efficace per materiali come il PLA e il PETG, i vantaggi sono più limitati per l’ASA e l’ABS per via del grado di deformazione e distorsione. Nonostante le potenziali sfide in termini di dimensioni e di modifiche alla portata, i vantaggi dell’apparecchiatura migliorata superano gli svantaggi.

Tecniche e metodi di ricottura

Si possono utilizzare diverse tecniche di ricottura per migliorare le proprietà delle stampe 3D. Tra questi metodi ricordiamo la ricottura in bagno di sabbia o sale, la ricottura in forno e la ricottura in immersione in acqua. La ricottura in bagno di sabbia o sale prevede l’immersione dell’oggetto stampato in un letto riscaldato di sabbia o sale per ottenere un riscaldamento uniforme e un raffreddamento controllato. La ricottura in forno, invece, prevede che l’oggetto venga messo in un forno e riscaldato alla temperatura desiderata per un periodo di tempo ben preciso. La ricottura in immersione comporta l’immersione dell’oggetto in acqua riscaldata per favorire un riscaldamento e un raffreddamento uniformi. Ogni tecnica offre vantaggi unici ed è appropriata per diversi tipi di materiali e risultati desiderati.

Scegliere il metodo ideale

Per decidere quale sia il metodo di ricottura migliore per il materiale scelto, consigliamo di valutare diversi fattori come:

• il tipo di materiale utilizzato;
• le proprietà desiderate dell’oggetto finale;
• nonché considerazioni pratiche come la disponibilità dell’attrezzatura e la sicurezza.

La ricottura in forno è il metodo più facile e maggiormente utilizzato da maker e hobbisti. Inoltre, il PETG e il PLA si prestano meglio alla ricottura in forno perché la procedura è semplice ed efficace. Tuttavia, se si lavora con il PETG trasparente, è bene controllare con maggiore attenzione la temperatura. Inoltre, per stabilire il tempo e la temperatura di ricottura, è necessario considerare attentamente le dimensioni e la forma dell’oggetto.

Procedure ottimali e suggerimenti

Sebbene la ricottura sia una procedura conosciuta per le parti in metallo e in plastica a iniezione, il suo impiego nella stampa 3D è meno conosciuto ma comunque efficace. Comprendendo i principi alla base della ricottura e implementando le migliori pratiche si possono ottenere miglioramenti significativi nella qualità di stampa.

Scegliere la giusta temperatura e durata

Scegliere la temperatura di ricottura corretta è fondamentale per ottenere risultati ottimali. L’obiettivo è raggiungere la temperatura di transizione vetrosa, ovvero quando la struttura molecolare della plastica subisce una ricomposizione senza raggiungere il punto di fusione. I diversi materiali hanno temperature di transizione vetrosa variabili e trovare il giusto equilibrio è fondamentale. Le temperature più elevate favoriscono una maggiore compattezza ma, se superate, possono provocare deformazioni. È importante effettuare delle prove per determinare l’intervallo di temperatura ideale per ogni materiale e regolare il tempo di ricottura di conseguenza.

Secondo il Prusa Research, i polimeri amorfi come il PLA vantano un ampio intervallo di temperature (PLA da 65 a 170°C) tra l’inizio della transizione vetrosa e il punto di fusione. Più elevata è la temperatura, più gli strati si fondono, rendendo il materiale più resistente. Tuttavia, anche a temperature più elevate il materiale si restringe, si torce e, infine, si ammorbidisce, causando la rottura del materiale stesso. Quindi, per ottenere i migliori risultati, bisogna trovare il giusto equilibrio tra la rigidità dell’oggetto e il mantenimento delle giuste dimensioni e forme. Il tempo di ricottura ideale dipende dalle dimensioni e dalla forma del materiale. Nell’articolo riportato puoi vedere che i campioni di prova sono stati riscaldati in un forno elettrico per 30 minuti.

Origine: Prusa Research

Consigli per limitare il più possibile la distorsione e le variazioni dimensionali

Sono diverse le tecniche che si possono utilizzare per limitare la distorsione e le variazioni dimensionali durante la ricottura. Innanzitutto, accertatevi che la stampa venga riscaldata in modo omogeneo per evitare espansioni e tagli uniformi. Per ottenere risultati omogenei, è opportuno utilizzare un forno ad aria calda con un controllo preciso della temperatura. Inoltre, scegliete materiali con una notevole differenza tra la temperatura di transizione vetrosa e il punto di fusione per ridurre i problemi di distorsione. Monitorando attentamente il processo di ricottura e regolando i parametri se necessario, si possono migliorare notevolmente i risultati. Infine, l’esecuzione di calibrazioni e regolazioni successive alla ricottura, come il ridimensionamento delle stampe per compensare il restringimento, può aiutare a mantenere la precisione dimensionale.

Seguendo queste raccomandazioni e implementando le procedure ottimali, puoi sfruttare il potere della ricottura per migliorare l’efficienza delle stampe. Eseguendo cicli di riscaldamento e raffreddamento controllati sui materiali stampati, è possibile incrementarne la forza, la durata e la resistenza termica. Se si vogliono creare parti funzionali complesse o migliorare le prestazioni di un prototipo, è opportuno prendere in considerazione la ricottura come processo successivo alle stampe 3D.

Ricottura del PLA Prime

La ricottura delle stampe create con il PLA Prime può migliorare la loro resistenza termica e l’integrità strutturale. Occorre però prestare attenzione per evitare deformazioni o distorsioni. Ecco una linea guida generale per la ricottura dei materiali in PLA, soprattutto quelli con il 100% di infill:

Temperatura

Impostazione della temperatura: la temperatura consigliata per il PLA Prime è di circa 120°C.

Tempo

Durata: a seconda delle dimensioni e dello spessore dell’oggetto, la ricottura può richiedere da 30 minuti a un’ora. In caso di 100% infill, potrebbe essere necessario un tempo maggiore per consentire il trasferimento completo del calore e rigenerare il PLA in tutto il prodotto. Inoltre, i prodotti stampati al 100% assicurano un restringimento minimo.

Procedura

Preriscaldamento del forno: assicuratevi di preriscaldare il forno a 120°C. Un termometro da forno può aiutarvi a verificare che le impostazioni della temperatura del tuo forno siano precise, poiché le temperature del forno possono variare.

Non consigliamo di usare un forno destinato alla preparazione di alimenti per ricuocere qualunque materiale.

Preparazione dell’oggetto: posizionate l’oggetto realizzato in PLA Prime su una teglia rivestita di carta da forno o su un tappetino in silicone per evitare che si attacchi. Alcuni collocano l’oggetto su un letto di sabbia o intorno a un foglio di alluminio per favorirne il sostegno e ridurre la possibilità di deformazione.

Tempo di cottura: inserite l’oggetto nel forno e monitorate attentamente la procedura. Iniziate con una durata limitata (ad esempio 30 minuti), soprattutto per gli oggetti più piccoli o sottili.

Raffreddamento: una volta effettuata ricottura, è importante raffreddare l’oggetto gradualmente per evitare shock termici e deformazioni. È possibile spegnere il forno e lasciare lo sportello leggermente aperto per consentire al prodotto di raffreddarsi gradualmente con il forno. Se non avete fretta, otterrete i migliori risultati se lascerete il forno completamente chiuso mentre si raffredda.

Consigli

Test: se possibile, effettuate prima una prova di ricottura su un campione o una sezione meno densa. Così facendo, potrete determinare le impostazioni di temperatura e tempo migliori per il vostro forno e per il vostro oggetto, senza rischiare di rovinare un progetto più costoso o più grande.

Ventilazione: assicuratevi che l’ambiente di lavoro sia ben ventilato, poiché il PLA può rilasciare dei fumi.

Prevedere variazioni dimensionali: La ricottura può comportare un leggero restringimento o deformazione degli oggetti in PLA per effetto del trattamento termico. Questo aspetto deve essere valutato in caso di componenti di precisione o dove le dimensioni sono cruciali.

Ricordate che i risultati della ricottura possono variare sensibilmente in base alla geometria dell’oggetto e alle caratteristiche del forno utilizzato. Fare delle prove in modo controllato è fondamentale per trovare la procedura ottimale per la propria situazione specifica.

Domande Frequenti

Qual è lo scopo della ricottura?

L’obiettivo della ricottura è quello di migliorare le proprietà fisiche e meccaniche dei materiali, come la robustezza, la durata e la resistenza alla temperatura, sottoponendoli a cicli controllati di riscaldamento e raffreddamento.

Cosa fa la ricottura alle stampe 3D?

La ricottura migliora le proprietà meccaniche della stampa 3D. Essa conferisce alla stampa una maggiore resistenza alla trazione, una maggiore rigidità e una maggiore resistenza al calore.

La ricottura è necessaria?

Sebbene la ricottura possa migliorare le proprietà meccaniche delle stampe, non è necessaria.

Quali sono le 3 fasi della ricottura?

All’aumentare della temperatura del materiale, il processo di ricottura si compone di tre fasi: recupero, ricristallizzazione e crescita della grana.