Stampa 3D di plastica trasparente, traslucida e trasparente

Le parti stampate in 3D chiare, traslucide e trasparenti sono utili per un'ampia gamma di applicazioni. Queste parti con vari gradi di trasparenza vengono stampate prevalentemente per uno o più dei seguenti scopi: visibilità per vedere cosa c'è al loro interno, capacità di far passare la luce attraverso di esse e motivi estetici.

La capacità di vedere attraverso una parte stampata in 3D in plastica trasparente dipende dal materiale utilizzato. Prima di specificare i materiali di stampa 3D o di selezionare i processi di stampa, è fondamentale comprendere la differenza tra le parti in plastica con classificazioni di trasparenza o chiarezza come trasparente, traslucido o trasparente. È inoltre importante capire come la rifrazione, la riflessione speculare, la riflessione diffusa e l'assorbimento alterino la trasparenza di un oggetto.

• La riflessione speculare (alias riflessione) si verifica quando quasi tutti i raggi luminosi che colpiscono una superficie rimbalzano su di essa in un'unica direzione, ad esempio gli specchi.
• La riflessione diffusa avviene quando quasi tutti i raggi luminosi che colpiscono una superficie rimbalzano in una moltitudine di direzioni, ad esempio le superfici verniciate non lucide.
• L'assorbimento si riferisce al fenomeno per cui quasi tutta la luce che colpisce una superficie viene assorbita dal materiale stesso, ad esempio le lavagne nere.
• La rifrazione si verifica quando la luce viene trasmessa attraverso un materiale, ad esempio il vetro o l'acqua.

Gli oggetti trasparenti tendono a rifrangere la luce o a lasciarla passare prevalentemente attraverso di essi, invece di farla rimbalzare sulla superficie. La luce attraversa materiali diversi a velocità diverse. La velocità con cui attraversa un materiale, o l'indice di rifrazione, è un indicatore della trasparenza del materiale.  Più precisamente, l'indice di rifrazione è il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto e la velocità della luce in un mezzo. Come è evidente dai dati della tabella seguente, più alto è l'indice di rifrazione, meno trasparente è un materiale:

• Aria: 1,0003
• Policarbonato: 1.052
• Acqua: 1,33
• Acido polilattico (PLA): 1,450
• Acrilico: 1.489
• Polietilene tereftalato (PET): 1.549
• Quarzo: 1,533-1,544
• Salgemma: 1,544
• Alluminio: 1,667
• Diamante: 2,417

Dalla tabella precedente si può notare che alcuni materiali di stampa 3D comuni non sono ottimali se si desidera eseguire una stampa 3D chiara, a causa dei loro indici di rifrazione relativamente più elevati.

Parti stampate in 3D trasparenti

Le parti stampate in 3D trasparenti sono colorate di un certo colore, quindi non sono completamente trasparenti. Le parti stampate in 3D trasparenti sono relativamente trasparenti, ma in genere non sono lucidate fino a ottenere una finitura che consenta a tutta la luce di attraversarle completamente. In genere, l'indice di rifrazione è più alto rispetto a quello delle parti trasparenti o traslucide stampate in 3D non colorate. I metodi di post-elaborazione, come la verniciatura a spruzzo, la lucidatura e l'immersione di resina, possono contribuire a ottenere un livello di trasparenza più elevato nelle parti trasparenti stampate in 3D. A volte, come in questo articolo, le parti stampate in 3D trasparenti sono utilizzate per indicare le parti colorate o non colorate.

Parti traslucide stampate in 3D

Le parti stampate in 3D traslucide sono relativamente chiare, il che significa che un po' di luce le attraversa. La stampa 3D traslucida o traslucida si traduce in un modello di luce che attraversa il materiale con una quantità significativa di diffusione o distorsione. In particolare, se un foglio di carta stampata con un testo viene posizionato su un lato di una parte stampata in 3D traslucida e letto dall'altro lato della parte, il testo non sarà leggibile perché sarà sfocato o poco chiaro. Questo perché la luce cambia direzione molte volte all'interno del materiale, in parte riflettendo e in parte rifrangendo. Per questo motivo, i materiali traslucidi hanno un indice di rifrazione relativamente più alto. Esempi di materiali traslucidi sono i vetri oscurati delle auto, la carta oleata, l'olio vegetale, il vetro colorato e le porte in vetro smerigliato delle docce.

Parti trasparenti stampate in 3D

Le parti trasparenti stampate in 3D sono attraversate da un elevato livello di luce, grazie al fenomeno noto come rifrazione. Di conseguenza, i materiali trasparenti hanno in genere un basso indice di rifrazione (la luce li attraversa a una velocità simile a quella con cui la luce attraversa il vuoto). È importante notare che alcuni materiali con un indice di rifrazione più elevato possono anche avere una bassa riflettività, il che comporta un livello di trasparenza più elevato rispetto ad altri materiali con lo stesso indice di rifrazione. In genere, i materiali con un indice di rifrazione più elevato hanno un grado di riflettività maggiore e una percentuale di trasparenza inferiore. La seguente equazione fornisce un calcolo della percentuale di trasparenza in funzione dell'indice di rifrazione:

T=1-2*(n-1)²(n+1)²

Dove: T=trasparenza percentuale

N=indice di rifrazione

NOTA: per riferimento, il valore tra le parentesi è la riflettività.

La maggior parte della luce che attraversa un materiale trasparente non rimbalza in direzioni diverse, il che significa che il testo posto su un lato di una parte trasparente stampata in 3D è leggibile dall'altro lato della parte. I materiali trasparenti sono presenti ovunque, ad esempio l'aria e il vetro.

Sì, le parti in plastica trasparente possono essere stampate in 3D. Il metodo ottimale per la stampa 3D di parti in plastica trasparente è la stampa 3D stereolitografica o SLA. La stampa 3D basata su filamenti potrebbe non produrre il livello di trasparenza desiderato a causa del piccolo spazio che si forma tra gli strati di materiale. Questo fa sì che la luce rimbalzi all'interno del pezzo, riducendo l'indice di rifrazione e aumentando la riflettività. La PolyJet stampa 3D è un altro ottimo metodo per la stampa 3D di parti chiare o trasparenti. Questo metodo di stampa 3D consente di utilizzare materiali come le resine polimerizzabili UV e produce parti lisce.

Ecco alcuni consigli utili per stampare parti in 3D più chiare o trasparenti:

1. Utilizzare un serbatoio di resina flessibile per ridurre le forze di distacco.
2. Puntare alla stampa di parti in plastica 3D trasparenti con una finitura superficiale liscia
3. Utilizzare le fasi di post-elaborazione per migliorare ulteriormente la trasparenza delle parti stampate in 3D.
4. Ricercare e/o testare diverse impostazioni della stampante, come la temperatura di estrusione, la temperatura del letto di stampa, lo spessore dello strato, il diametro dell'ugello di estrusione, la velocità di stampa e la portata.

I processi successivi alla stampa 3D possono migliorare la trasparenza di una parte stampata in 3D. La levigatura e la lucidatura di semplici parti trasparenti stampate in 3D possono essere utilizzate per migliorare la riflettività della superficie ed eliminare le imperfezioni. Un'applicazione di olio minerale può essere utilizzata per creare una finitura semitrasparente e liscia e nascondere eventuali punti luce su una parte trasparente stampata in 3D. Il rivestimento trasparente, con o senza levigatura preliminare, produce anche parti più trasparenti. Ad esempio, questo metodo viene utilizzato per bottiglie e imballaggi. La verniciatura trasparente spazia da opzioni semplici, come quelle prodotte da Rustoleum, a spray più costosi e complessi, come l'uretano acrilico. Il rivestimento in resina è un eccellente metodo di post-elaborazione per ottenere parti stampate in 3D molto trasparenti. La resinatura produce una superficie liscia e chiara con riflessi superficiali nitidi. Può ridurre i dettagli, ma fornisce una superficie estremamente liscia.

Le parti stampate in 3D chiare, trasparenti o traslucide hanno un'ampia gamma di applicazioni. Una delle applicazioni più innovative è la stampa di parti prototipo. Per i prototipi che fanno parte di un assemblaggio in movimento, la trasparenza consente ai collaudatori o ai progettisti di vedere attraverso le parti e di osservare l'interazione tra i componenti dell'assemblaggio. Anche i componenti utilizzati per distribuire o trasmettere la luce per applicazioni ottiche sono ottime applicazioni per la stampa 3D trasparente o chiara. Esempi di componenti ottici rilevanti sono gli alloggiamenti per i LED, i tubi luminosi e le coperture decorative per i LED. Le parti stampate in 3D trasparenti sono molto diffuse anche nel settore dell'elettronica per coperture, finestre di visualizzazione o tappi. Anche i prodotti di consumo prevedono spesso l'uso di parti stampate in 3D trasparenti per porte, componenti decorativi o finestre di visualizzazione. Infine, l'utilizzo più diffuso della stampa 3D trasparente è quello dei rendering decorativi o artistici. La stampa 3D di parti trasparenti o trasparenti consente agli artisti di creare pezzi unici in cui possono utilizzare il modello di luce che attraversa il materiale per aggiungere un ulteriore livello di profondità visiva all'opera d'arte.