Un pezzo stampato in FDM non ha le stesse proprietà in tutte le direzioni. Lungo gli strati regge bene; tra uno strato e l'altro molto meno. Questo comportamento si chiama anisotropia ed è la prima cosa da capire se il pezzo deve lavorare sotto carico.
Da dove nasce l'anisotropia
La stampa FDM costruisce il pezzo depositando un filo di plastica fusa, una linea dopo l'altra e uno strato sopra l'altro. Ogni nuovo strato si salda a quello sotto, che nel frattempo si è già raffreddato in parte. Il legame tra due strati quindi non è mai pieno come la continuità del materiale all'interno di una singola linea.
Il risultato è un pezzo che si comporta in modo diverso a seconda della direzione:
- Piano XY (il piano del piatto di stampa): le linee di materiale sono continue. È la direzione più resistente.
- Asse Z (l'altezza): il carico deve passare attraverso le superfici di contatto tra gli strati. È la direzione più debole.
Cosa dicono le schede tecniche
Molti produttori di filamenti pubblicano valori misurati su provini stampati in orizzontale (XY) e in verticale (Z). Due esempi dalle schede ufficiali:
- Polymaker PolyLite ABS: allungamento a rottura 17,9 % in XY e 3,1 % in Z (ISO 527). Lungo gli strati il materiale si deforma prima di rompersi; tra gli strati si stacca quasi senza preavviso.
- Polymaker Fiberon PA6-CF20: resistenza a trazione a secco 109 MPa in XY e 54 MPa in Z (ISO 527). Sulla resistenza a trazione, con le fibre di carbonio la differenza tra XY e Z diventa molto più marcata: per confronto, PolyLite ABS dichiara 33,4 MPa in XY e 29,7 MPa in Z.
I filamenti caricati con fibre, come i nostri PA6-CF, PA12-CF o PC-CF, guadagnano molta rigidità nel piano XY perché le fibre si allineano lungo la direzione di estrusione. Tra uno strato e l'altro, però, le fibre non attraversano il giunto. Per questo nei compositi l'orientamento conta ancora di più.
Nella stampa FDM la domanda non è solo "quanto è resistente il materiale", ma "in che direzione lavora il pezzo".
Come si tiene conto dell'anisotropia nel progetto
1. Orientare il pezzo rispetto al carico
La regola è semplice: le forze principali devono correre lungo gli strati, non tirarli via uno dall'altro. Una staffa a L stampata in piedi rischia di aprirsi sullo spigolo, proprio dove gli strati sono sollecitati a trazione. La stessa staffa stampata sdraiata sul fianco porta il carico lungo le linee di materiale.
2. Fare attenzione a perni, ganci e clip
Un perno cilindrico stampato in verticale si spezza facilmente alla base, perché la flessione apre proprio il giunto tra gli strati. Un gancio a scatto stampato in piedi tende a rompersi al primo inserimento. Quando possibile, questi elementi vanno orientati con l'asse lungo il piano di stampa, oppure stampati a parte.
3. Evitare i cambi di sezione bruschi lungo Z
Dove una parete sottile si innesta su una base massiccia, gli strati della parete sono il punto debole. Un raccordo o uno smusso distribuisce meglio lo sforzo e aumenta la superficie di contatto tra gli strati in quella zona.
4. Considerare pareti e riempimento
Più perimetri esterni rendono il pezzo più robusto, perché i perimetri sono linee continue che avvolgono il pezzo. Il riempimento interno aiuta la rigidità, ma non elimina la debolezza tra gli strati: se il pezzo cede in Z, aumentare il riempimento serve a poco.
Quando l'anisotropia diventa un problema
In molti pezzi l'orientamento giusto basta. Ci sono casi, però, in cui il carico arriva da più direzioni e nessuna posizione di stampa è davvero sicura: pezzi soggetti a urti, componenti che lavorano a torsione, geometrie complesse con sforzi in tutte le direzioni.
In questi casi vale la pena valutare altre tecnologie:
- SLS in PA12 o TPU: la polvere viene fusa strato per strato, ma il legame tra gli strati è molto più omogeneo che in FDM e il pezzo ha un comportamento più uniforme. In più non servono supporti, quindi l'orientamento si può scegliere pensando solo alla funzione. Trovi i dettagli nella pagina stampa 3D SLS.
- MSLA in resina: utile per pezzi piccoli e dettagliati, con superfici lisce, anche se le resine standard sono più fragili dei tecnopolimeri.
L'FDM resta la scelta giusta per pezzi grandi, attrezzature e componenti in filamenti tecnici, a patto di progettarli tenendo conto della direzione degli strati. Il catalogo completo dei filamenti è nella pagina stampa 3D FDM.
In sintesi
- Un pezzo FDM è più resistente lungo gli strati che tra uno strato e l'altro.
- La differenza può essere grande, come mostrano i valori XY e Z delle schede tecniche dei produttori.
- Con i filamenti caricati con fibre l'effetto aumenta.
- Orienta il pezzo in modo che il carico principale corra lungo gli strati.
- Se il carico arriva da tutte le direzioni, valuta la SLS.
Hai un pezzo che deve lavorare sotto carico e non sai come orientarlo? Carica il file nel preventivatore online: scegli tecnologia e materiale e, se hai dubbi sull'orientamento, segnalalo nelle note.
Domande frequenti
È la differenza di proprietà meccaniche a seconda della direzione: un pezzo FDM è più resistente nel piano degli strati (XY) che lungo l'altezza (Z), dove il carico deve passare attraverso i giunti tra gli strati.
Aumenta la rigidità generale, ma non elimina la debolezza tra gli strati. Contano di più l'orientamento del pezzo rispetto al carico e il numero di perimetri.
Quando il pezzo riceve carichi da più direzioni, urti o torsione e nessun orientamento è davvero sicuro. In SLS il comportamento è più uniforme e non servono supporti.
