Cosa è la Stampa 3D

Ruote

La stampante 3D può essere considerata una naturale evoluzione di una stampante 2D, quindi laser o inkjet (le comuni stampanti da ufficio). La differenza sostanziale risiede nel tipo di “inchiostro” e dal supporto utilizzato. Ovviamente, mentre le stampanti tradizionali utilizzano come supporto materiale cartaceo e imprimono testi e immagini tramite la deposizione di strati di inchiostro liquido o polvere di toner (per i modelli a laser), la stampante 3D utilizza un filamento di materiale plastico che viene depositato strato su strato fino ad ottenere l’oggetto in 3 dimensioni. Come vedremo più avanti, ci sono vari metodi di stampa. Il caso appena preso in esame è l’FDM (fused deposition modeling), citato perché è il più semplice da spiegare a tutte quelle persone che si avvicinano a questo nuovo mondo.

Le stampanti 3D differiscono dalle macchine fresatrici CNC perché quest’ultime utilizzano la tecnica sottrattiva, mentre le prime utilizzano una tecnica additiva. Le moderne stampanti 3D stanno avendo un notevole successo sul mercato perché sono lo strumento più veloce ed efficace per la realizzazione di oggetti tridimensionali con la tecnica additiva.

Un’altra sostanziale differenza rispetto ad altri strumenti è che, a differenza delle stampanti inkjet o laser dove vi è una sorta di oligopolio del mercato, i produttori di stampanti 3D sono decine (se non centinaia ormai) e il loro numero è in crescita vertiginosa ogni mese. Questo numero di aziende produttrici nel mercato delle stampanti 3D può far solo che bene all’utente finale il quale, ormai riesce ad acquistare una stampante 3D (anche se di piccole dimensioni) ad un prezzo molto simile a quello una stampante 2D. Un altro fattore che ha segnato la discesa dei prezzi e l’invasione del mercato da numerose aziende risiede nel fatto che il brevetto per la tecnica FDM sviluppata da 3D SYSTEM è scaduto nel 2005.

 

 

A COSA SERVONO?

L’ambito d’azione delle stampanti 3D è stato fin dall’inizio quello industriale. Questo tipo di macchinario può infatti essere impiegato per la realizzazione di prototipi in modo relativamente rapido e poco costoso. Ciò consente ad ingegneri e designer di toccare con mano le loro creazioni senza bisogno di avviare un vero e proprio processo produttivo. Si pensi ad esempio al settore meccanico, dove le componenti di un motore o di una qualsiasi altra apparecchiatura possono essere stampate per un’analisi approfondita, anziché essere osservate esclusivamente sul monitor durante la fase di progettazione.

Negli ultimi anni le cose sono un po’ cambiate. La stampa 3D non è più un’esclusiva delle grandi aziende, ma ha raggiunto anche l’ambito domestico. Per avere un’idea del trend, il popolare portale svedese The Pirate Bay ha aperto all’inizio del 2012 una sezione dedicata proprio alla condivisione dei file da dare in pasto a questa tipologia di stampanti, per realizzare modelli di qualsiasi tipo: dai giocattoli ai modellini, passando per loghi, rappresentazioni di quadri in tre dimensioni e molto altro ancora.

In altre parole, gli unici limiti sono dettati dalla fantasia e dalle dimensioni della stampante. Ha fatto discutere la vicenda “Liberator”, una vera e propria pistola funzionante fai-da-te, i cui file sono finiti lo scorso anno sui circuiti P2P per essere scaricati da migliaia di utenti in poche ore.

Anche la medicina sta guardando con sempre maggiore interesse a queste tecnologie: si è già parlato più volte della possibilità di stampare protesi o addirittura interi organi, con ricerche già avviate anche sulla riproduzione di tessuti e vasi sanguigni da impiantare nei pazienti laddove le tecniche tradizionali non dovessero rivelarsi efficaci.

Per non parlare dei progetti spaziali ove si stanno studiando nuove tecnologie per portare stampanti 3D su altri pianeti, ove potranno stampare autonomamente i componenti necessari per costruire basi spaziali, senza l’intervento diretto dell’uomo.

 

 

 FUNZIONAMENTO E METODO DI STAMPA

 

Per realizzare un oggetto tramite stampa 3D esiste più di una tecnica. La tecnologia regina (dovuta appunto al basso costo) è sicuramente la stampa a deposizione fusa (fused deposition modeling – FDM). Altre tecniche di stampa sono la SLS – selective laser sintering, il Digital Light Processing – DLP, oltre che altre metodologie usate per la realizzazione di oggetti in leghe metalliche e altri materiali. Ora analizzeremo alcuni dei metodi più diffusi, ma non gli unici.

 

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FDM – metodo a fusione – fused deposition modeling:

 

Una tecnologia sviluppata da Stratasys azienda leader del mercato che si adopera nella prototipazione rapida tradizionale.

Grazie ad un filamento costituito da polimeri (ci sono diversi diametri i più utilizzati e reperibili in commercio sono il 3 mm e 1,7 mm) riscaldato da una resistenza (fino a temperature di 250°C) viene fatto passare attraverso un ugello, il quale strato dopo strato riesce a dar forma all’oggetto. Attualmente vi sono molti materiali che supportano questa tecnica, infatti è largamente utilizzata nel mercato consumer. I più comuni sono:
PLA (di derivazione organica – mais), ABS, Laywood (PLA misto a segatura di legno), PVA, HIPS, materiali gommosi come il Ninja flex. Mese dopo mese sono inserite sul mercato stampanti 3D che utilizzano proprio questa tecnica perché è quella che consente di avere il prezzo di vendita più basso. Con la diffusione sempre maggiore di queste stampanti 3D economiche, vi è un fiorire sempre maggiore di nuovi materiali adatti agli scopi più disparati. Le stampanti 3D della 4DOIT funzionano così.
La precisione di una FDM può raggiungere i 50 micron (0.05 mm)

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SLA – Stereolitografia: 

 

Brevettata da Chuck Hull nel 1986, la stereolitografia utilizza un processo di fotopolimerizzazione per solidificare una resina liquida. Come per la DLP, questa tecnica varia solo per il tipo di luce, in questo caso è un laser. I principali limiti sono determinati dalla scarsa reperibilità, potenziale tossicità e costo elevato delle resine fotosensibili, dalla scarsa resistenza meccanica dei prototipi e dalla tendenza di questi ultimi di deformarsi con relativa rapidità nel tempo a causa dell’azione della luce ambiente.  Si possono realizzare oggetti in fotopolimeri.

 

La precisione di una FDM può raggiungere i 25 micron (0.025 mm)

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SLS – Selective Laser Sintering: 

 

Le stampanti 3d SLS creano oggetti 3d utilizzando il laser e materiale in polvere, ovvero sinterizzazione laser selettiva, ed e’ una tecnica di stampa inventata nel 1980 da Carl Deckard, uno studente della Texas University e dal suo professore Joe Beaman. Le stampanti 3d SLS utilizzano una tecnica molto simile alla stereolitografia (SLA). La principale differenza fra le due e’ essenzialmente il materiale usato. Le stampanti SLA utilizza una resina liquida, le stampanti a sinterizzazione laser utilizza materiale in polvere.

Uno dei principali vantaggi nell’utilizzare stampanti 3d SLS e’ la possibilità di stampare oggetti 3d senza dovere utilizzare strutture di supporto, in quanto l’oggetto e’ costantemente circondato dal materiale in polvere non sinterizzato che svolge anche la funzione di supporto.

Gli oggetti possono essere realizzati in nylon, ceramica, vetro e metalli come alluminio, acciaio o argento. Basta utilizzare  il corrispondente materiale in polvere.

Nonostante questo, sono molte le aziende che stanno cercando di sviluppare stampanti 3d SLS a basso costo.

 

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RISOLUZIONE:

 

Bukobot-3D-Printer-Resolution-Test-01 (1) La domanda sorge spontanea: un oggetto BELLO/IN ALTA RISOLUZIONE è automaticamente preciso? NO ! I due concetti sono slegati ed è infatti possibile avere oggetti con una risoluzione incredibile e bellissimi da vedere ma, quando andiamo a misurarli , risultano essere completamente fuori tolleranza dalle misure impostate a CAD.

 

Al contrario posso avere un oggetto “brutto” da vedersi ma assai preciso in termini dimensionali. Ci tengo a precisare che in queste ultime righe il termine PRECISO è stato utilizzato in maniera non idonea in quanto il termine corretto da utilizzare è ACCURATO. Se la mia macchina stampa un cubo disegnato a CAD da 20 x 20 mm e rilevo una misura di 20.1X20.1 mm, posso definire che è accurata. Se poi decido di stampare diversi cubi disposti sul piatto di stampa, e le misure rilevate a fine stampa sono molto simili tra loro, allora posso dire che la mia macchina è precisa/ha una buona ripetibilità. Sul singolo pezzo è semplice rimanere in tolleranze strette: discorso diverso quando la macchina deve lavorare su un piatto molto esteso (e magari riscaldato) dove le variazioni di inclinazione del piano o della temperatura di esso possono portare a differenze sostanziali tra i vari oggetti stampati su di esso.

 

Spero che questa guida vi sia stata d’aiuto e abbia anche risposto alle vostre curiosità, se avete consigli o ritenete che esistano programmi semplici da inserire nella lista, non esitate a contattarci.

 

Immagini tratte dal libro “The 3D Printing HandBook by Tony Fadell”