Conoscere il mondo della stampa 3D ad uso hobbistico in 6 mosse!


2) Principali tecnologie di stampa 3D

Esistono ovviamente tante tecnologie di stampa 3D, dalle più semplici ed economiche che permettono di ottenere oggetti meno accurati dal punto di vista dimensionale fino ad arrivare a macchine che implementano tecnologie molto avanzate per stampare oggetti dimensionalmente molto precisi, oppure realizzati con materiali particolari o di grandi dimensioni. Quando si parla di accuratezza dimensionale si intende la capacità della stampante a fabbricare un oggetto quanto più preciso ed aderente alle misure definite in fase di progettazione del modello 3D, che dipende ovviamente dalla taratura della stampante ma sopratutto dalla tecnologia con cui è costruita la stampante stessa. Si può intuire abbastanza facilmente che una stampante ad uso domestico, utilizzata ad esempio per stampare statuette e vasi, non necessiti di una accuratezza dimensionale paragonabile alle stampanti utilizzate per creare protesi dentarie o prototipi in ambito meccanico.

Ci sono tante tecnologie di stampa diverse per ogni esigenza, nel nostro caso accenneremo solo ad alcune di queste per poi soffermarci sulla tecnologia più diffusa nelle stampanti ad uso artigianale e hobbistico perché più accessibili sia in termini economici che di complessità nell’utilizzo. Tra le tecnologie più diffuse menzioniamo:

  1. Stampanti a filamento (FDM, FFF)
  2. Stampanti a resina: SLA e DLP
  3. Stampanti a polvere (SLS, SLM)

2.1 – Stampanti a filamento

E’ proprio questa tecnologia con cui sono realizzate anche le stampanti 3D “entry level” ad uso hobbistico. E’ una tecnologia che è largamente utilizzata anche in ambienti professionali ma con caratteristiche e costi ovviamente diversi rispetto a quelle usate in contesto domestico o artigianale. E’ una tecnologia di fabbricazione additiva semplice e poco costosa, per questo è ideale per un utilizzo da parte di appassionati di bricolage e “fai da te”.

La tecnologia di stampa a filamento nasce a fine anni ’80 con il nome di “Modellazione a deposizione fusa” (FDMFused Deposition Modeling), poi agli inizi degli anni ’90 viene brevettata e commercializzata dall’azienda Stratasys, per tale motivo è stato coniato l’acronimo alternativo FFF (Fabbricazione a fusione di filamento) affinché altre aziende produttrici di stampanti 3D basate sullo stesso principio di funzionamento potessero dare un nome alla stesso tipo di tecnologia. Il brevetto sulla tecnologia FDM è scaduto nel 2009.

La tecnologia FDM permette quindi di creare gli oggetti con una modalità additiva, ovvero depositando strati di materiale plastico fuso uno sopra all’altro. L’oggetto stampato in 3D con questa tecnologia prevede l’impiego di un filamento plastico che tramite un meccanismo (estrusore) viene spinto verso un ugello riscaldato (hot-end), il quale estrude materiale fuso e lo deposita su un piatto di stampa (bed). Il piatto di stampa può essere freddo oppure anch’esso riscaldato (heated bed) al fine di migliorare l’adesione sul piatto stesso del primo strato depositato evitando che il pezzo si possa spostare durante la stampa.

Nel video che segue si vede molto bene come l’ugello deposita il materiale fuso strato dopo strato fino alla realizzazione dell’oggetto finale.

Con le stampanti FDM è possibile stampare con una varietà di materiali plastici ed è possibile fare stampe a più colori anche se la complessità ed il costo delle stampanti può crescere anche di molto. Il principio di stampa FDM è stato utilizzato anche per la realizzazione di stampanti in grado di produrre oggetti in argilla, di cioccolato e perfino di pasta!

L’accuratezza dimensionale massima ottenibile con questo tipo di tecnologia è dell’ordine dei 100 micron (0,1 mm), questo vuol dire che se progetto un cubo di lato 20 mm con un programma di modellazione 3D, se la sua stampa risultasse di lato 20,1 mm sarei esattamente entro il margine di massima accuratezza ottenibile con questo tipo di tecnologia. L’accuratezza dimensionale non va confusa con la risoluzione di stampa che dipende dallo spessore dei singoli strati (layer) che, come vedremo più avanti con maggiore dettaglio, viene definito nella fase di slicing. Il volume massimo di stampa è un aspetto fondamentale in fase di scelta della stampante, il volume di stampa tipico è rappresentabile da cubo con il lato di 20 cm, ovviamente ci sono stampanti con volumi maggiori e minori di questo standard che dipendono anche dalle caratteristiche costruttive della stampante stessa. 

Più avanti andremo ad approfondire come funziona una stampante 3D a filamento, analizzeremo gli aspetti costruttivi, quali sono i materiali di stampa utilizzabili e come avviene il processo di fabbricazione completo.


Il costo indicativo di una stampante a FDM può andare dalle 150 euro (provenienza cinese) ai 1500 euro circa per macchine ad uso hobbistico, passando poi alla fascia compresa tra i 1500 ed i 3500 euro delle macchine di una certa qualità ed affidabilità idonee ad un uso professionale, fino a superare la soglia dei 5000 euro di una macchine altamente professionali con elevati volumi di stampa.

2.2 – Stampanti a resina

In questo tipo di stampanti si utilizzano delle resine fotosensibili, ovvero resine che induriscono se esposte alla luce. Le principali tecnologie per indurire tali resine sono:

  • DLP – (Digital Light Processing) che utilizza raggi ultravioletti (UV).
  • SLA – (StereoLithographic Apparatus) che utilizza un laser.
Schematizzazione di una stampante SLA e DLP

Nella figura viene schematizzato il principio di funzionamento che consiste in una vasca riempita di resina al cui interno è immerso il piatto di stampa. Sotto al piatto c’è un laser o un proiettore che va a esporre la zona in cui la resina deve solidificare, ogni volta che uno strato è completo il piatto di stampa sale e si procede con l’esposizione dello strato successivo. A fine processo il pezzo stampato sarà attaccato al piatto di stampa e potrà essere rimosso. Esistono stampanti dove il movimento del piatto o il posizionamento del laser o proiettore sono realizzati in modalità diversa, tuttavia il principio con cui si realizzano le stampe è lo stesso.

Queste stampanti sono più costose di quelle con tecnologia a filamento ed hanno aree di stampa abbastanza limitate. Sono molto utilizzate nelle applicazioni in cui è richiesta una accuratezza dimensionale elevata, circa 20 micron (0,02 mm).

Volendo fare un semplice confronto con la tecnologia a filamento, le stampanti a resina:

  • sono più costose,
  • hanno un’area di stampa limitata,
  • stampano un solo colore (anche se attualmente a livello altamente professionale è possibile stampare  a colori),
  • hanno una risoluzione ed accuratezza dimensionale molto elevata che garantisce un’ottima definizione dei dettagli negli oggetti molto piccoli.

Con queste stampanti si possono realizzare oggetti con plastiche trasparenti, materiali plastici resistenti come l’ABS, materiali biocompatibili ad uso medico (protesi dentali), materiali gommosi, materiali idonei alla produzione di stampi.

Il costo di una stampante a resina può andare dalle 600 euro di una macchina di produzione cinese, passando poi alla fascia compresa tra i 2000 ed i 5000 euro delle macchine di media/alta fascia, fino ad arrivare ai 10.000 euro di una macchina professionale.

2.3 – Stampanti a polvere

Appartengono a questa categoria le stampanti SLS (Selective Laser Sintering) a sinterizzazione di polveri di polimeri (plastiche), e le SLM (Selective Laser Melting) e DMLS (Direct Metal Laser Sintering) a sinterizzazione di polveri metalliche. Sono tecnologie utilizzate prettamente in ambito professionale e industriale visto dei costi che vanno dai 10.000 euro per macchine “Desktop” fino a superare anche i 300.000 euro di macchine ad uso industriale, per non parlare di macchine “custom” che possono arrivare a costi ancora superiori.

Schematizzazione di una stampante SLS e SLM

Il principio è abbastanza semplice: le polveri del materiale vengono introdotte in una camera per essere fuse tra loro tramite il laser, una volta completato lo strato il piatto di stampa si abbassa e viene introdotto altro materiale da fondere.

Questa tecnologia permette di avere un grande volume di stampa, ottenere un’ottima risoluzione, accuratezza dimensionale e velocità di stampa, con in più il grande vantaggio di produrre oggetti che non necessitano di post produzione. Nella stampa a sinterizzazione di polveri , al contrario di quanto avviene con quelle a resina e a filamento, non sono necessari i supporti alle parti sospese degli oggetti perché la polvere non solidificata dal laser presente sul piatto funge già da supporto all’oggetto, questo ovviamente si traduce in assenza di materiale di scarto di fabbricazione, questo vale solo per le polveri plastiche perché nel caso di polveri metalliche i supporti sono necessari.

Indice

  1. Fabbricazione digitale con la stampa 3D

  2. Principali tecnologie di stampa 3D

  3. Stampanti 3D a filamento

  4. Materiali per la stampa 3D FDM

  5. Processo di fabbricazione con stampante 3D FDM

  6. Conclusioni: il mercato, approfondimenti, community e fonti


  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *