Realizzare in un’unica stampa un modello 3D non sempre è possibile. A volte è necessario suddividerlo in più parti.
Questo accade ad esempio quando il volume di stampa a nostra disposizione è insufficiente. Si possono verificare però anche molti altri casi. Si potrebbe voler ottimizzare la direzione dello strato di stampa sia per scopi estetici che meccanici, evitare le sporgenze, oppure assemblare un modello con più colori e materiali. Stampare parti separate aiuta anche a limitare il rischio di una stampa fallita.
Sapere come assemblare un modello 3D ci consente quindi di ampliare le nostre possibilità.
Le alternative disponibili sono molte, tuttavia le principali tipologie di colla sono tre:
- cianoacriliche
- a solvente
- epossidiche bicomponente
Prima di scegliere il metodo di assemblaggio è sempre meglio però prendere alcuni accorgimenti.
Prima di assemblare un modello 3D
Alcuni tipi di colla preferiscono una superficie di contatto liscia, altri piuttosto grossolana, ma comunque questa dovrà essere pulita e livellata. Bisogna quindi carteggiare le superfici se necessario (rimuovendo poi la polvere di carteggiatura), eliminare segni di grasso, vernice, stucco e residui di precedenti tentativi di incollaggio.
Un’adeguata ventilazione è un accorgimento sempre utile, ma è fondamentale per l’utilizzo di colle, che sono spesso irritanti o tossiche.
Prima di scegliere la colla giusta è consigliabile ripensare agli aspetti dell’applicazione. Ovvero dimensione, materiale delle stampe e loro destinazione d’uso. Sono importanti le qualità estetiche o quelle meccaniche? Devono essere resistenti al calore o al freddo? E’ necessario ottenere un legame permanente oppure il modello dovrà essere smontato in seguito?
COLLE CIANOACRILICHE
Le colle cianoacriliche, solitamente chiamate colle CA o supercolla, sono basate su cianoacrilato di etile e prodotti chimici correlati. Il processo di polimerizzazione si avvia rapidamente con il contatto con l’acqua. La normale umidità dell’aria di solito è più che sufficiente per una reazione rapida. Se invece si vuole accelerare ulteriormente la reazione, si possono usare degli “attivatori” disponibili in commercio, a base solvente o acquosa, o della semplice acqua in una bottiglia spray.
Tuttavia spesso la velocità di indurimento può creare problemi se si vuole assemblare un modello 3D. Specialmente nel caso di parti di grande dimensione. Si ha infatti pochissimo tempo per posizionare la giunzione e con le parti realizzate in resina l’unione è quasi istantanea.
La CA è adatta per quasi tutti i materiali di stampa 3D (PLA, PETG, ASA/ABS, resina SLA, ecc.). Si può usare persino con il TPU/TPE (Flex), purché le superfici di contatto siano relativamente rigide. La porosità del materiale (ad es. i layer di stampa 3D) migliora il legame. Sono invece meno adatti per l’utilizzo di questi tipi di colla materiali molto lisci come vetro, ceramica o metallo.
Quando si asciuga, la colla cianoacrilica si restringe leggermente e gli strati spessi diventano grossolani e rugosi. Inoltre, i fumi di una grande quantità di colla CA creano sbavature bianche intorno alla giuntura. Più lungo è il tempo di asciugatura, maggiore è la velatura. Per minimizzarla è utile una buona ventilazione.
Sebbene si asciughi quasi istantaneamente e diventi dura quasi subito, una colla CA raggiunge la massima durezza solo dopo parecchie ore (8-24). Questo tipo di colla ha una resistenza alla trazione molto alta, ma una resistenza alla torsione e al taglio piuttosto bassa.
Carteggiatura e colle CA
La colla cianoacrilica potrebbe essere difficile da carteggiare, specialmente se il materiale circostante è molto più morbido. Questo non è un problema con il PLA, che è molto duro di per sé, ma levigare per esempio parti in resina può essere difficile. È utile carteggiare il CA quando non è ancora completamente indurito.
D’altra parte, se si ha pazienza, il CA può essere carteggiato fino ad ottenere una superficie molto liscia, quasi come il vetro. Quasi non si spella né si sbriciola e rimane solido anche in strati molto sottili. Grazie a queste qualità, viene spesso usato come rivestimento superficiale o come eccellente stucco di fortuna.
Reazioni al freddo e al calore
Da notare che il CA diventa fragile se congelato, quindi non è adatto per un uso esterno con climi freddi o temperati. Si può sfruttare però questa caratteristica, per staccare facilmente le parti incollate, mettendole ad esempio prima nel congelatore.
Per quanto riguarda il calore invece il normale CA mantiene circa il 50% della sua forza a 80 °C e circa il 20% a 100 °C.
Reversibilità: i solventi per le colle CA
Alcuni solventi consentono di dissolvere il CA polimerizzato.
La “reversibilità” che questi scollanti forniscono alle colle cianoacriliche rappresenta un grande vantaggio, rispetto anche alle colle a base di solvente e bicomponenti. Si può smontare un modello incollato con poco o nessun danno, ma anche pulire le macchie di colla. Con un batuffolo di cotone imbevuto di solvente si può togliere la colla in eccesso da un giunto, risparmiando così il tempo che si spendere a carteggiare la superficie.
Ci sono però delle controindicazione nell’utilizzo di questi scollanti. I distaccanti disponibili in commercio sono basati su vari solventi e hanno un livello imprevedibile di forza e velocità. Alcuni non funzionano quasi per niente, altri usurano anche la plastica. E’ quindi consigliabile testare sempre la reazione di un solvente in anticipo per evitare brutte sorprese, anche se si inizia una nuova confezione della stessa marca.
In alternativa ai solventi dedicati, è possibile utilizzare alcuni rimuovi smalto per unghie o anche l’acetone puro. Naturalmente si devono applicano le stesse precauzioni.
COLLE A SOLVENTE
Le colle a base di solventi funzionano semplicemente fondendo parzialmente il materiale e saldandolo chimicamente insieme. Ovviamente, diversamente da quanto avviene con CA e scollanti, questo è un processo irreversibile e bisogna stare molto attenti, perché eccedere con la colla o unire le parti sbagliate significa danneggiare o distruggere la stampa.
Il processo che prevede l’evaporazione del solvente e l’indurimento del materiale non è immediato, si ha in questo modo più tempo per regolare e mettere a punto la giunzione. Questa caratteristica comporta però che debba essere considerato l’utilizzo di alcuni strumenti per tenere insieme le parti: mollette, elastici o morsetti. Premere le parti insieme può migliorare notevolmente la forza del legame
Se si sceglie di assemblare un modello 3D con questo metodo, bisogna però tenere presente che anche se le parti spesso si uniscono in un paio di minuti, la giunzione richiede un tempo più lungo per polimerizzare completamente. In realtà, nel caso di stampe di grandi dimensioni o se si usa troppa colla, possono volerci molti giorni.
Anche una giunzione completamente polimerizzata non avrà esattamente le stesse caratteristiche e la stessa forza meccanica del materiale circostante, ma ci si può avvicinare abbastanza se si dedica del tempo a preparare le superfici di contatto e a premere le parti insieme abbastanza a lungo.
Ci sono due tipi fondamentali di colle a base di solvente: la colla extra sottile, costituita da un solvente o da una miscela di solventi, e una colla spessa, dove il solvente viene mescolato con del materiale disciolto per dargli più sostanza.
Colle a solvente extra sottili
Il vantaggio principale dell’uso delle colle extra sottili è l’impiego di un cosiddetto effetto capillare. In parole povere, gli spazi stretti tendono a “risucchiare” il liquido. Nel nostro contesto, significa che invece di spalmare la colla direttamente sulle superfici di contatto, potete semplicemente premere delicatamente le parti insieme e applicare la colla sottile dall’esterno. Tamponate la colla con un pennello sulla giuntura e in una frazione di secondo, scorrerà dentro e sopra la superficie di contatto e incollerà le parti insieme. Ripetere se necessario.
Questa tecnica, se utilizzata correttamente, rappresenta il metodo di incollaggio più pulito e semplice.
Tuttavia la possibilità di utilizzare questa modalità dipende dalla qualità delle superfici di contatto: queste devono essere decisamente lisce e livellate. Bisogna poi considerare che anche i layer della stampa 3D saranno soggetti all’effetto capillare, dunque il rischio in questo caso è che la colla vada anche dove non dovrebbe, rovinando così la superficie della stampa.
COLLE EPOSSIDICHE BICOMPONENTI
L’ultima tipologia di colle che descriveremo più in dettaglio sono le resine epossidiche bicomponenti. Queste colle sono conservate in due componenti separati: la resina stessa e un indurente. Mescolando i componenti nella proporzione indicata, si attiva la polimerizzazione a catena.
Simile alle colle CA, ci sono diverse varianti di epossidiche bicomponenti con qualità molto diverse, a seconda dei vari additivi che le compongono.
Le epossidiche a due componenti hanno una vasta gamma di applicazioni nella post lavorazione. Possono essere usate come rivestimento o stucco. Le varianti cristalline che non si restringono e non ingrigiscono come le colle CA, sono spesso usate per imitare il vetro.
Probabilmente la caratteristica più importante è il tempo di asciugatura di ogni tipologia, che può variare molto, andando da meno di 90 secondi a più di 12 ore. Il tempo di asciugatura può essere aumentato o diminuito variando la quantità di indurente. Tuttavia è consigliabile seguire le istruzioni per quanto riguarda il dosaggio, poiché troppo indurente può produrre calore, creare bolle, o compromettere il risultato in altro modo.
Le varianti a presa rapida potrebbero non fornire abbastanza tempo alla resina epossidica ancora liquida, per inserirsi in ogni poro e fessura della superficie di contatto. Più è lungo il tempo di asciugatura, maggiore è la possibilità di creare un legame più forte fra le parti. Mentre quando questo tipo di colla si usa come rivestimento, un tempo più lungo aiuta lo strato a diffondersi uniformemente sulla superficie. Inoltre, le varianti a polimerizzazione più lunga sono di solito più forti e meno fragili.
È possibile anche combinare una colla bicomponente con la colla CA. Attaccando ad esempio le parti attraverso alcuni punti CA e riempiendo il resto con l’epossidica.
Altre alternative per assemblare un modello 3D
Ci sono molte altre opzioni per assemblare un modello 3D stampato in più parti. Per completezza, ecco una lista con le alternative più indicate:
- Colle PVA per legno (probabilmente non abbastanza forti per la maggior parte delle plastiche),
- mastice a contatto, tipicamente per le riparazioni delle scarpe (potrebbe essere adatto soprattutto per i materiali a filamento flessibile),
- adesivi a caldo
- silicone
- calamite
- incollare la resina SLA con la resina SLA polimerizzata con la luce UV (non è un metodo che consigliamo, poiché la resina in questo modo polimerizza solo sulla superficie, ma può essere un’alternativa utile in situazioni di emergenza per un assemblaggio di durata limitata).
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*Informazioni tratte dall’articolo “La grande guida all’incollaggio e all’assemblaggio di stampe 3D” sul sito: blog.prusaprinters.org