Filamento HIPS, vediamoci chiaro

Molto spesso considerato un filamento confinato all’uso con doppio estrusore per la stampa di supporti solubili, l’HIPS si presta a molte altre diverse applicazioni. La “Cenerentola” dei filamenti, ritenuto dai chimici delle materie plastiche un “parente povero” dell’ABS, condivide con la protagonista della favola eccellenti doti di versatilità, e positive caratteristiche che raramente si riscontrano in tale quantità in altri filamenti, molto più diffusi ed utilizzati.

Guardiamolo con la lente di ingrandimento.

L’HIPS (High Impact PolyStirene – Polistirene ad alto impatto o Polistirene antiurto) è un materiale termoplastico costituito da Polistirene e gomma Stirene-Butadiene (SBR).

L’effetto dell’aggiunta dell’elastomero al polistirene comune, ne modifica le proprietà:

• lo rende più tenace, con un maggior allungamento a rottura. L’HIPS può allungarsi sino al 40% prima di rompersi;
• aumenta la resilienza, rendendolo più resistente agli urti
• lo rende opaco
• ne diminuisce la durezza, resistenza a trazione, flessione, invecchiamento, ma in misura molto contenuta

L’aggiunta della gomma SBR avviene per miscelazione a caldo o per innesto, sciogliendo la gomma nello Stirene.

STRUTTURA CHIMICA DEL POLISTIRENE ANTIURTO OTTENUTO PER INNESTO; LA CATENA POLIMERICA PRINCIPALE (A) È COSTITUITA DAL POLISTIRENE, MENTRE LE CATENE POLIMERICHE LATERALI (B) SONO COSTITUITE DA GOMMA SBR).

A questo punto, immagino che la “prefazione chimica” sia sufficiente, e che sia gradita una spiegazione più di tipo pratico delle buone qualità dell’HIPS, e del perché utilizzarlo.

Prendiamo ad esempio un oggetto molto comune, con il quale tutti abbiamo prima o poi avuto a che fare. La cosiddetta “Jewel box”, ovvero il contenitore dei CD standard.

CONTENITORE CD, REALIZZATO IN POLISTIRENE E HIPS

E’ l’oggetto che si presta maggiormente per un confronto tra Polistirene comune e Polistirene ad alto impatto. Per il semplice motivo che il lato superiore (trasparente) è fabbricato con Polistirene, e quello inferiore (dove si fissa il CD) è fatto di HIPS.

Ebbene, a tutti è caduto un CD nella sua confezione. Il coperchio trasparente spesso si rompe (generalmente salta la cerniera). Quello inferiore no. Anzi, ci si può persino (inavvertitamente) camminare sopra, senza grandi danni. E’ più elastico, si può piegare, mentre il lato trasparente è più rigido, ma se piegato si spezza facilmente.

Nel confronto “quotidiano” tra i due elementi, la parte realizzata in HIPS appare pressoché indistruttibile, rispetto al coperchio, che percepiamo come estremamente fragile. Tanto è vero, che soprattutto nelle case con bambini, nella libreria di CD la maggior parte dei coperchi dei contenitori finisce irrimediabilmente per rompersi. Non è vero?

L’HIPS nella stampa 3D

Bene. Abbiamo individuato, nella vita di tutti i giorni, di che materiale stiamo parlando, e penso iniziato ad intuirne i vantaggi e le potenzialità. Ma noi dobbiamo stampare… Come si comporta la nostra Cenerentola da questo punto di vista?

Alla grande. Vediamo nel dettaglio tutti gli aspetti positivi nell’uso dell’HIPS.

Prezzo

L’HIPS è un materiale in ‘origine economico (industrialmente). All’epoca dell’introduzione come filamento per la stampa 3D, il costo era tipicamente più caro rispetto ai materiali più comuni, consentendo un maggiore margine di guadagno ai produttori di filamenti. Questo perché – appunto in origine – era stato presentato come materiale “esotico”, principalmente rivolto all’impiego come materiale di supporto solubile. Ma questo mercato non è poi così ampio. Quindi nel tempo il marketing è cambiato, e si è iniziato a promuoverlo anche come materiale di costruzione del modello. I prezzi, salvo quelli di qualche produttore, si sono abbassati ed è reperibile con costi allineati a quelli del PLA ed ABS. Ma con un vantaggio. Il peso specifico è sensibilmente inferiore: 1.03-1.05, contro l’1.07 dell’ABS e l’1.240-1.300 del PLA.

Questo significa che con un chilogrammo di materiale, possiamo stampare un volume di 970 cc di materiale (escluso infill) con l’HIPS, di 934 cc con l’ABSe di 806 cc con il PLA. In parole molto più semplici, a parità di costo della bobina, l’HIPS frutta di più. Notevolmente di più rispetto al PLA.

Stampabilità

L’HIPS è facile da stampare. Non tanto quanto il PLA, ma sicuramente più dell’ABS (del quale è comunque parente). E comunque, dipende sempre da quale punto di vista consideriamo un materiale più stampabile di un altro. Ad esempio, l’HIPS non intasa l’ugello (eventualità presente con il PLA), anzi lo mantiene pulito. Non cola: gli effetti di stringing spesso riscontrabili nel PLA e peggio ancora nel PET-G) sono assenti. Non si spezza (come accade per il PLA se ha assorbito umidità). Ha una “latitudine di temperatura”, ovvero l’intervallo tra la temperatura minima e massima alla quale può essere stampato molto elevata (anche 50°). Ottimo il bridging, l’HIPS si presta bene per la stampa di modelli Voronoi, con parti sospese di notevoli dimensioni.

Finitura

Personalmente, la trovo eccellente, superiore a quella di quasi tutti gli altri filamenti disponibili. L’HIPS è opaco, e questo contribuisce notevolmente ad attenuare visivamente la scalettatura provocata dagli strati. A parità di layer, un oggetto stampato in Polistirene ad alto impatto appare molto più liscio e uniforme.

Potenziale dannosità dei fumi, odore

Inferiori (entrambe) a quelli dell’ABS. E’ comunque un materiale di sintesi, ma non contiene Acrilonitrile, considerato il componente potenzialmente pericoloso dell’ABS. Durante la stampa, risulta praticamente inodore.

L’HIPS può essere utilizzato tranquillamente per stampare giocattoli per i bambini.

Tendenza alle deformazioni (warping)

Sensibilmente inferiore rispetto all’ABS. E’ possibile stampare oggetti considerevolmente più grandi senza che il modello si imbarchi o distacchi dal piano.

Resistenza all’urto

Beh, è un materiale fatto apposta per resistere agli impatti. E’ ideale, anche a causa del suo basso peso specifico, ad esempio per stampare parti di droni. Se dovessero cadere, difficilmente si romperanno. Altrettanto valido come scelta per componenti adatti al modellismo dinamico.

L’HIPS come materiale per la costruzione di supporti

E’ stato introdotto nella stampa 3D originariamente per questo scopo. Si dissolve in D-Lemonene, un idrocarburo di origine naturale estratto da lavorazioni industriali della buccia degli agrumi. Impiega tempi lunghi, ma viene completamente disciolto.

Rispetto ad altri filamenti solubili presenta alcuni indiscutibili vantaggi. Tende ad aderire pressoché a tutti i materiali, inclusi gli elastomeri, al contrario ad esempio del PVA che da questo punto di vista è piuttosto restio. E’ sufficientemente flessibile da consentire la realizzazione di supporti alti e stretti (pilastri) senza che si rompano per effetto delle vibrazioni. Non si deteriora facilmente nel tempo, anche se la bobina viene lasciata aperta, esposta all’umidità dell’aria. E costa meno.

Ma non va confrontato “soltanto” con gli altri filamenti solubili. L’HIPS è un ottimo materiale per supporti anche laddove questi non vengano disciolti, ma rimossi meccanicamente. Nei punti di giuntura tra materiale di supporto e materiale di costruzione, si stacca con grande facilità, e a causa delle sue proprietà elastiche, difficilmente i supporti si rompono. Questo consente di strapparli “a fisarmonica”: anche supporti di grandi dimensioni tendono a venire via in un solo pezzo. Nel complesso, sia utilizzato come materiale solubile, sia a secco con rimozione meccanica, l’HIPS conferma la sua validità come materiale di supporto con una eccezionale versatilità.

Beh, spero di avervi convinto ad includere questo eccellente materiale nell’arsenale dei vostri filamenti. Non vi deluderà.