Warping nella stampa 3D: perché i pezzi si deformano in FDM, SLS e MSLA

Un pezzo che esce dalla stampante con il fondo incurvato, gli angoli sollevati o una parete piatta che non è più piatta: è il warping, la deformazione dovuta al ritiro del materiale. Succede in tutte e tre le tecnologie che usiamo, ma per ragioni diverse e con effetti diversi. Capire da dove nasce aiuta a scegliere la tecnologia giusta e a disegnare pezzi che restano dritti.

Da dove nasce la deformazione

Quasi tutti i materiali di stampa cambiano volume durante il processo. Una plastica fusa si contrae quando si raffredda; una resina liquida si contrae quando polimerizza. Se tutto il pezzo si contraesse nello stesso momento e nello stesso modo, avremmo solo un pezzo leggermente più piccolo. Il problema nasce quando una zona si contrae prima o più di un'altra: si creano tensioni interne, e il pezzo si piega per scaricarle.

FDM: strati caldi sopra strati già freddi

Nella stampa FDM il filamento viene fuso e depositato strato per strato. Ogni nuovo strato arriva caldo sopra uno strato che si è già in parte raffreddato e contratto. Quando anche il nuovo strato si raffredda, tira verso l'interno quello sotto. Sommando centinaia di strati, le tensioni si accumulano soprattutto alla base e agli angoli: è lì che il pezzo tende a staccarsi dal piano e a sollevarsi.

Il fenomeno cambia molto da materiale a materiale:

• PLA e PETG ritirano poco e sono i più semplici da tenere in piano.
• ABS, ASA, PC e PC-ABS ritirano di più e sono sensibili agli sbalzi di temperatura: richiedono un ambiente di stampa più controllato.
• PP ritira molto e aderisce male al piano: i pezzi grandi e piatti sono i più difficili.
• Le versioni caricate con fibra di carbonio o di vetro (per esempio PA6-CF, ASA GF, PC-CF) sono in genere più stabili: le fibre riducono il ritiro lungo la direzione di deposizione.

Le contromisure lato stampa sono la temperatura del piano, l'adesione, la camera chiusa e la ventilazione controllata. Ma anche il disegno conta, come vediamo più sotto.

SLS: il calore è uniforme, ma il raffreddamento conta

Nella sinterizzazione laser selettiva la polvere di PA12 o TPU viene mantenuta calda in tutta la camera di stampa, poco sotto il punto in cui fonde. Il laser deve solo fornire la piccola quantità di energia che manca per sinterizzare le zone del pezzo. Le differenze di temperatura tra uno strato e l'altro sono quindi molto più piccole che in FDM, e la polvere non sinterizzata sostiene il pezzo da ogni lato, senza piano e senza supporti.

Il risultato è che in SLS i pezzi si deformano molto meno. Non è però un rischio azzerato. Il blocco di polvere deve raffreddarsi lentamente dopo la stampa, e se un pezzo ha zone molto spesse accanto a zone sottili, le prime restano calde più a lungo e si contraggono dopo. Le geometrie più delicate sono le piastre grandi, piatte e sottili: possono uscire leggermente imbarcate. Anche le sezioni molto massicce possono mostrare piccoli avvallamenti in superficie. Approfondisci nella pagina stampa 3D SLS.

MSLA: la resina si contrae mentre indurisce

Nella stampa a resina MSLA non c'è calore da gestire come nelle altre due tecnologie: lo strato indurisce quando la luce UV lo colpisce. Anche la polimerizzazione, però, porta a un ritiro. In più, a ogni strato il pezzo viene staccato dal fondo della vasca, e questa forza di distacco sollecita le parti sottili e appena formate.

I punti critici in MSLA sono:

• Superfici piatte e sottili, che tendono a incurvarsi durante la stampa o la post-polimerizzazione.
• Supporti mal distribuiti: dove il pezzo non è sostenuto, le tensioni lo piegano.
• Post-polimerizzazione: il pezzo finisce di indurire sotto luce UV e calore, e una geometria poco rigida può assestarsi in una forma diversa da quella progettata.

Come progettare pezzi che restano dritti

Molte deformazioni si prevengono già nel CAD. Le regole valgono, con pesi diversi, per tutte e tre le tecnologie:

1. Spessori il più possibile uniformi. Le zone spesse si raffreddano o induriscono in modo diverso dalle zone sottili. Svuotare le parti massicce riduce le tensioni.
2. Nervature invece di pareti piatte. Una piastra grande e sottile è la geometria più a rischio. Nervature o bordi rialzati la irrigidiscono e la aiutano a mantenere la forma.
3. Angoli raccordati. Gli spigoli vivi concentrano le tensioni, soprattutto alla base dei pezzi FDM. Un raccordo le distribuisce.
4. Evita grandi superfici piatte a contatto con il piano in FDM, quando la funzione del pezzo lo permette: meno area a contatto significa meno tensione accumulata sul fondo.
5. Segnala le superfici che devono restare piane. Se una faccia deve appoggiare o accoppiarsi con un altro pezzo, indicalo nell'ordine: conta nella scelta di orientamento e tecnologia.

Quale tecnologia scegliere se la planarità è critica

Non c'è una risposta valida per tutti i pezzi, ma alcune indicazioni generali aiutano:

• Per pezzi funzionali con geometrie complesse, l'SLS in PA12 è spesso la scelta più stabile, perché il calore è distribuito su tutta la camera e non servono supporti.
• In FDM, per pezzi grandi che devono restare piani conviene partire da materiali a basso ritiro o caricati con fibre, invece dei materiali più soggetti a deformazione.
• In MSLA il dettaglio è molto alto, ma le lastre sottili e piatte vanno irrigidite con nervature o bordi.

Se non sai quale combinazione di tecnologia e materiale sia adatta al tuo pezzo, il consulente materiali ti aiuta a restringere le opzioni.

Prima di ordinare

Carica il tuo file STL o STEP nel preventivatore online: puoi confrontare tecnologie e materiali sullo stesso pezzo e segnalare nelle note le superfici che devono restare piane.