Nel panorama della manifattura additiva, specificamente nella modellazione a deposizione fusa, i tecnopolimeri rappresentano il passaggio a materiali dalle proprietà tipiche delle applicazioni ingegneristiche. Questa categoria può essere suddivisa in base alla composizione della matrice polimerica, che può essere pura oppure composita, ovvero rinforzata con fibre in percentuale variabile. Rispetto ai polimeri destinati all'uso comune o amatoriale, i tecnopolimeri presentano un costo superiore e richiedono una progettazione più accurata dell'intero processo additivo.
La principale differenza tra i polimeri puri ed i compositi rinforzati con fibre risiede nel fatto che, in questi ultimi, la matrice polimerica consente il trasferimento di una parte significativa del carico meccanico alle fibre di rinforzo, limitando il ritiro e incrementando significativamente la rigidità del manufatto finale. I tecnopolimeri compositi più diffusi ed efficaci nel settore includono il PA-CF o PA-GF, il PETG-CF e il PET-CF, l'ABS-CF o ASA-CF, fino ad arrivare a super-polimeri strutturali come il PEEK-CF e il PEKK-CF.
I tecnopolimeri puri devono invece le proprie caratteristiche fisico-meccaniche esclusivamente alla purezza e alla formulazione della matrice polimerica, senza l'ausilio di rinforzi strutturali interni. Tra i materiali più diffusi si distinguono il PA, l'ABS e l'ASA per impieghi tecnici generici, il PC per l'elevata resistenza agli urti e alla temperatura, per finire con i polimeri ad alte prestazioni come il PEI e il PEEK, impiegati laddove siano richieste eccellenti proprietà termiche, chimiche e di isolamento elettrico.
Le proprietà avanzate di questi materiali comportano anche requisiti di processo più complessi. L'impiego di entrambe le classi di materiali richiede infatti condizioni di stampa rigorose rispetto agli standard commerciali. Sono necessarie temperature di estrusione elevate, un ambiente di stampa chiuso o correttamente riscaldato, oltre a una gestione accurata della ventilazione, per limitare deformazioni, tensioni residue e garantire la stabilità dimensionale del manufatto. L'orientamento del modello tridimensionale sul piano di lavoro, il corretto uso dei supporti e l'ottimizzazione dei parametri di slicing assumono un ruolo determinante per sfruttarne appieno le prestazioni meccaniche e contenere i costi di produzione. Occorre inoltre considerare che la presenza delle fibre di carbonio o di vetro, fortemente abrasive, tende a usurare rapidamente gli ugelli standard in ottone o acciaio inossidabile, rendendo fondamentale la loro sostituzione con componenti prodotti in acciaio temprato o altri materiali resistenti all'usura.
Nonostante il netto miglioramento delle proprietà del manufatto alle sollecitazioni esterne, nel caso della stampa a filamento resta da considerare la naturale anisotropia del processo, che rende la coesione tra i layer sull'asse Z intrinsecamente inferiore rispetto alla resistenza strutturale del piano X-Y.
Un fattore critico che influenza in modo significativo le prestazioni di entrambe le composizioni, e che rischia di vanificare l'efficacia della scelta del materiale, è l'umidità interna al filamento. Data l'elevata igroscopicità di questi polimeri, la mancata essiccazione prima della stampa determina la vaporizzazione dell'acqua nell'ugello, compromettendo l'adesione tra gli strati, generando evidente porosità, con conseguente drastico decadimento delle prestazioni meccaniche. Pertanto, una volta garantita la corretta essiccazione del filamento, la scelta del materiale deve basarsi rigorosamente sullo scopo finale del modello tridimensionale e sulle proprietà specifiche ricercate per l'applicazione.
Puri
PA – Poliammide
ABS – Acrilonitrile Butadiene Stirene
ASA – Acrilonitrile Stirene Acrilato
PC – Policarbonato
PEI – Polieterimmide
PEEK – Polietereterchetone
Compositi
PA-CF – Poliammide rinforzata con fibra di carbonio
PA-GF – Poliammide rinforzata con fibra di vetro
PETG-CF – Polietilene Tereftalato Glicol-modificato rinforzato con fibra di carbonio
PET-CF – Polietilene Tereftalato rinforzato con fibra di carbonio
ABS-CF – Acrilonitrile Butadiene Stirene rinforzato con fibra di carbonio
ASA-CF – Acrilonitrile Stirene Acrilato rinforzato con fibra di carbonio
PEEK-CF – Polietereterchetone rinforzato con fibra di carbonio
PEKK-CF – Polieterchetonechetone rinforzato con fibra di carbonio