Stampa 3D

Stampa 3D: cos’è, come funziona, a cosa serve, applicazioni e costi

La stampa 3D è un processo che permette di fabbricare oggetti veri e propri partendo da un progetto digitale.

Mentre una normale stampante 2d crea dei documenti o immagini immettendo inchiostro su un supporto di carta, una stampante 3D usa un processo simile chiamato “additivo", appunto in tre dimensioni, depositando diversi materiali su un ripiano, sovrapponendo più strati fino a creare l'oggetto.

Le stampanti 3D esistono da molti anni, ma come tante altre tecnologie hanno iniziato a livello industriale, in versioni ingombranti a costo elevatissimo. Negli ultimi anni la stampa 3D si è rapidamente evoluta diventando ben presto una realtà alla portata di tutti, praticamente domestica e quotidiana.

Ma a cosa serve una stampante 3D?

L’uso principale e più proficuo è quello della prototipazione, vale a dire la creazione di prototipi di nuovi prodotti in modo rapido e a basso costo, opportunità fondamentale nella realtà aziendale, soprattutto per le piccole imprese. Un grande vantaggio di questa tecnologia è la possibilità di creare oggetti altrimenti impossibili da realizzare con altre tecniche, proprio grazie al fatto che gli oggetti vengono realizzati strato su strato.

Che genere di materiali sono impiegati?

I materiali addottati sono l'ABS e il PLA. L'ABS è un materiale termoplastico molto resistente (avete presente i mattoncini lego?). Il PLA invece è un materiale derivato da piante come il mais, è più elastico dell'ABS ma meno resistente, ideale per oggetti più flessibili. La maggior parte delle stampanti in commercio sono utilizzabili specificatamente per uno di questi materiali, ma ve ne sono alcune, come la IDBOX, che sono in grado di usare entrambi questi materiali, e il progresso si avvia a far diventare questa multifunzionalità la norma.

Nel campo industriale si stanno sperimentando altri materiali più innovativi come composti argillosi per la costruzione di abitazione nei paesi in via di sviluppo, o addirittura alimenti per stampare cibi. 

Come avviene la magia?

Le stampanti 3d utilizzano tecniche diverse da cui dipende la definizione del prodotto finale e la velocità del processo.

Le tecnologie per la costruzione di oggetti 3d sono le seguenti:

1) Le stampanti 3D a resina fotosensibile utilizzano una resina appunto fotosensibile per andare a realizzare un oggetto. Questa tecnica ha due sottobranche:

SLA (stereolitography) utilizza un processo di fotopolimerizzazione mediante fascio laser per solidificare una resina liquida. Contro: reperibilità, potenziale tossicità, costo delle resine, scarsa resistenza meccanica dei prototipi.

DLP (digital light processing), una vasca di polimero liquido è esposto alla luce di un proiettore DLP in condizioni di luce di sicurezza portando all’indurimento del polimero liquido. Il processo si ripete finché il modello non è costruito. I liquidi in eccesso vengono poi drenati dalla vasca.

2) Le stampanti 3D a polvere sinterizzata laser utilizzano un fascio laser per andare a realizzare l’oggetto.

3) Le Stampanti 3D a polvere indurita tramite inchiostro utilizzano un inchiostro particolare per andare ad indurire una polvere per realizzare l’oggetto:

PP (Plaster-based 3D Printing): Un metodo di stampa 3D che consiste in un sistema di stampa a getto d’inchiostro. La stampante crea il modello uno strato alla volta, spargendo uno strato di polvere (gesso o resine) e stampando con il getto d’inchiostro un legante nella sezione trasversale della parte. Il processo viene ripetuto finché non è stampato ogni strato. Questa tecnologia è l’unica che consente la stampa di prototipi interamente a colori. Pro e contro: grande velocità ma scarsa resistenza meccanica e porosità delle superfici.

4) Le Stampanti 3D per metalli utilizzano un fascio laser ad elevata potenza per andare a realizzare un oggetto in metallo. Esistono alcune varianti:

SLM (Selective Laser Melting): questa tecnica fonde totalmente il materiale in modo selettivo, utilizzando un laser ad alta energia. Il vantaggio è che le proprietà meccaniche e fisiche dell’oggetto sono identiche a quelle di un modello ottenuto per fusione tradizionale, senza la fragilità del materiale sottoposto a sinterizzazione.

5) Le stampanti 3D a Filamento Fuso utilizzano un filamento termoplastico per realizzare l’oggetto

FDM: La modellazione a deposizione fusa (fused deposition modeling, FDM) è una tecnologia sviluppata dalla Stratasys che si adopera nella prototipazione rapida tradizionale, usando un ugello per depositare un polimero fuso su una struttura di supporto, strato dopo strato.

Le tecniche appena descritte sono definite additive in quanto le stampanti 3d che adottano queste tecnologie, fabbricano gli oggetti strato dopo strato, utilizzando filamenti, polveri o resine.

La tecnica di costruzione sottrattiva è invece utilizzata dalle macchine a controllo numerico. Queste macchine permettono di modellare un blocco di materiale (acciaio, legno, alluminio, etc.) fino ad ottenere l'oggetto desiderato.

Quali sono i software di modellazione?

Per costruire un oggetto 3d è necessario progettare il modello 3d nell'apposito software di modellazione 3d. Per realizzare il disegno tridimensionale vi sono molti programmi sia gratuiti che a pagamento. L’importante è che il formato dei disegni sia. stl o.obj.

I software più comuni per la modellazione sono: Blender (Open Source, per la modellazione, il rendering e l’animazione 3d), FreeCAD (gratuito ed Open Source di modellazione 3D parametrica Disponibile per Windows, MacOS e Linux), Autodesk 123D Catch (in grado di creare modelli tridimensionali elaborando una serie di fotografie di un oggetto), Autodesk 123D Design (per la modellazione digitale degli oggetti e commissione di stampa degli oggetti modellati), SolidWorks (Software a pagamento dedicato alla progettazione e alla produzione di apparati meccanici), e ultimi, ma non per importanza, Rhino, Autodesk Maya e 2D Studio Max.

In alternativa al self modelling è possibile reperire il modello 3d da stampare su diversi siti web denominati marketplace (ad esempio thingverse) dove è possibile acquistare o scaricare, gratuitamente, migliaia di modelli 3d print ready. Vi sono anche grafici esperti in modellazione 3d a cui si può commissionare il progetto. Nel caso invece in cui si voglia ottenere il modello 3d di oggetti già esistenti oppure di un oggetto da indossare si fa ricorso allo scanner 3d ed alla scansione 3d.

Come scegliere la stampante adatta a te?

L’alto numero di tipologie di tecniche e di processi anzidetti rendono quanto mai difficile la scelta del modello da acquistare. Informarsi approfonditamente sulle caratteristiche tecniche può evitare di fare un acquisto sbagliato. Dimensione del piano di stampa, piano riscaldato, singolo o doppia estrusore, temperatura di estrusione sono alcune delle specifiche da prendere in considerazione prima di cliccare acquista ora.

Ad assisterci nella scelta ci sono canali YouTube come Parliamo di Maker, che recensiscono i principali modelli sul mercato, dai più amatoriali ai più professionali con un linguaggio alla portata anche dei profani. Inoltre per chi volesse vedere come funziona una stampante o provarla ci si può rivolgere ai Fablab, ovvero spazi tecnologici di coworking dove è possibile provare le stampanti 3d, scanner 3d, macchine cnc e tanti altri strumenti tecnologici. I fablab sono presenti in quasi tutte le città d'Italia. E' possibile verificare se esiste uno o più Fablab vicino a casa propria googlando trova Fablab, e selezionando la propria regione e città di residenza.

Le applicazioni più innovative

I campi di applicazioni sono moltissimi: edilizia, alimentare, didattica, fai da te. La possibilità di poter replicare in 3d organi malati, ha dato ai chirurghi la possibilità di studiare gli interventi da eseguire nei minimi particolari. Ampia è l’applicazione anche in ambito artistico e museale. Molti musei infatti stanno facendo repliche delle opere più importanti in modo da esporle senza correre il rischio di furti e rotture. Anche gli artisti stanno sperimentando come poter esprimere la propria arte attraverso le stampe in 3d. Promettente è il campo della costruzione di protesi mediche personalizzate.

Sara Bertolasi, orgoglio nazionale del canottaggio, che vanta decine di convocazioni in nazionale, due partecipazioni alle Olimpiadi, otto ai Mondiali e tre medaglie Europee, dopo le ultime olimpiadi di Rio è stata costretta ad un ritiro forzato a causa di un’infiammazione muscolare cronica che le impediva letteralmente di stare seduta sopra la canoa. Da un incontro col team di Elmec, una delle più grandi aziende dell’IT italiano, si è deciso di provare a risolvere il problema di sarà progettando per lei un nuovo sedile, sviluppato appositamente in funzione del suo corpo, in modo da evitare l’insorgenza del disturbo. Realizzata poi la versione definitiva grazie alla stampa 3d, ed installata all’interno della canoa, l’atleta Italiana ha potuto riprendere gli allenamenti senza problemi.

Un team di ricercatore dalla Viterbi University in Los Angeles ha trovato un nuovo modo per controllare suoni e vibrazioni attraverso la stampa 3d. Il team ha sviluppato metamateriali stampati in 3D, che sono capaci di bloccare le onde sonore e le vibrazioni meccaniche a distanza, usando i campi magnetici. Il limite della struttura geometrica dei materiali comuni è che non può essere modificata, altrimenti la loro proprietà isolate a livello sonoro, ne sarebbe alterata.

Ma i metamateriali, sono costruiti anche con particelle di acciaio, il che significa che un campo magnetico può essere usato per deformare la forma in maniera graduale, preservando la struttura e mantenendo le proprietà isolanti. Il campo magnetico comprime il materiali, ma a differenza di una forza fisica da contatto, non ne distrugge la struttura. Questa unione di aspetti, tipica dei metamateriali, aiuta a sopprimere il rumore o a controllare le vibrazioni. Potranno inoltre aiutare nello sviluppo di divise ed attrezzature per l’ambito militare o aiutare a rendere più efficienti i sistemi di comunicazione.

 

Master per Esperti in Innovazione e Tecnologie Esponenziali

Intelligenza Artificiale, Blockchain e Criptovalute, Realtà Virtuale ed aumentata, Stampa 3d, Cyber Security, Sostenibilità e Mobilità Elettrica, Robotica, IoT, etc.

 

Rolando Roberto
Referente scientifico
Master per Esperti in Innovazione e Tecnologie Esponenziali


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