A sinistra, temperatura eccessiva, al centro, raffreddamento insufficiente, a destra raffreddamento ottimale

Una delle ragioni più frequenti del cattivo risultato, o del fallimento di una stampa, è l’eccesso di temperatura.
I filamenti vengono mediamente estrusi a temperature comprese tra i 190 e i 270 gradi. A seconda del materiale, i tempi necessari affinché sia raffreddato a sufficienza per acquisire la solidità necessaria a sostenere senza deformazioni i successivi strati variano. Questo introduce una importante relazione tra temperatura, velocità e superficie della zona interessata alla stampa. In sostanza, laddove l’estrusore si trova a deporre nuovamente del materiale in una zona non raffreddata a sufficienza, si innesca il rischio (o meglio la certezza) che si verificheranno deformazioni più o meno accentuate. Dobbiamo quindi fare in modo che questo non accada, riducendo la temperatura e/o la velocità o assicurando un adeguato raffreddamento forzato.

Scelta della temperatura ideale

La temperatura di estrusione dovrebbe essere corretta “a priori”, indipendentemente dal rischio di deformazioni dovute alla modesta superficie delle sezioni da stampare. Ovvero, anche se il modello è molto grande, e il tempo che l’estrusore impiega prima di tornare su una zona precedentemente stampata è sufficiente a garantirne il completo raffreddamento, questa non è una buona ragione per stampare a temperature superiori al necessario. Il consumo di energia è maggiore, le caratteristiche del materiale possono venire compromesse, la vita dell’ugello e (ove presente) inserto in PFTE si riducono, possono formarsi residui carboniosi in grado di sporcare l’ugello (e la stampa). Il criterio quindi è semplice: la temperatura ideale è quella sufficiente a garantire una corretta estrusione e un buon livello di adesione interlayer. Non più di così.
Va tenuto in ogni caso presente che la scelta della temperatura è legata alla velocità di stampa e allo spessore layer/diametro dell’ugello, in quanto la temperatura è proporzionale al volume estruso nell’unità di tempo. Aumentando la velocità di stampa o la quantità di materiale estruso, deve aumentare anche la temperatura.

Scelta della velocità ideale

Stampare ad una velocità troppo elevata introduce due problemi. Il primo, una qualità comunque inferiore, dovuta all’aumento delle vibrazioni e all’inerzia delle masse mobili. Il secondo, il rischio che l’estrusore si trovi a deporre materiale su una zona non raffreddata a sufficienza (con conseguente rischio di deformazioni). Per contro, una velocità troppo modesta presenta il problema opposto: l’estrusore trasmette calore non soltanto al materiale in corso di deposizione, ma anche a quello già deposto.
Quindi molto semplicemente la velocità di stampa deve essere corretta: né eccessiva, né insufficiente. In alcuni casi tuttavia la “quadratura del cerchio” risulta impossibile da risolvere senza “ausili”. Ad esempio, se il modello presenta zone con una superficie particolarmente piccola, come l’estremità di una piramide, c’è poco da fare: l’estrusore verrà a trovarsi per una serie di layer sostanzialmente nello stesso punto, e la riduzione della velocità può non essere sufficiente a risolvere il problema.

Raffreddamento forzato

Per fortuna ci sono le ventole. Che permettono di convogliare aria fredda sull’area di stampa, provvedendo ad una accelerazione del raffreddamento del modello che consente di deporre senza troppi rischi nuovo materiale.
La soluzione di tutti i mali?
Non esattamente. Innanzitutto, il flusso di aria fresca dovrebbe interessare l’area già stampata, non quella nella quale il materiale viene attualmente deposto e tanto meno l’estrusore in se. Ma non sempre succede. Molti sistemi di raffreddamento non convogliano in realtà il flusso dove dovrebbe essere convogliato. In alcuni casi sono inefficienti, e raggiungono magari soltanto un lato, talvolta addirittura quello sul quale ancora il nuovo materiale deve essere depositato. In altri casi, viene investito direttamente il blocco dell’hot end. Se il regime della ventola passa da zero al 100%, si registra un brusco calo della temperatura anche di 15 gradi, che può comportare con alcuni materiali il blocco dell’estrusione. E’ quindi sempre conveniente (alcuni slicer lo consentono), prevedere una rampa dei regimi, che permetta di raggiungere il 100% gradualmente, in uno-due minuti.
Va inoltre considerato che non tutti i materiali gradiscono il raffreddamento forzato. Mentre per il PLA va benissimo, ad esempio nell’ABS innesca bruschi ritiri del materiale, che portano a deformazioni, distacco dal piano e insorgenza di crepe.

La soluzione migliore

Considerata la difficoltà di gestire adeguatamente il regime delle ventole, e di ponderare velocità e temperatura in modo che siano sempre entro valori ideali al variare della geometria della sezione, la scelta migliore è quella di stampare contemporaneamente più modelli. In questo modo l’estrusore impiegherà comunque tempo prima di interessare nuovamente una zona nella quale era stato precedentemente deposto del materiale. Un tempo che consente, se i multipli sono sufficientemente numerosi, di stampare con velocità elevate anche piccole zone, senza che venga innescata la riduzione di velocità generalmente adottata dagli slicer in modo automatico.