STAMPA 3D: metodi, utilizzi, vantaggi e svantaggi

Cos’è la stampa 3D?

La stampa 3D (o meglio 3D printing) rappresenta la normale evoluzione della stampa 2D alla quale siamo abituati, ovvero quella tramite getto d’inchiostro o laser. La differenza sostanziale risiede nel fatto che mentre le tradizionali stampanti 2D 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.

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I software per la stampa 3D

Per creare e stampare modelli 3D avete bisogno di tre tipi di software: 3D modeling/CAD software, Slicing/CAM software e Client Software.

Modellazione 3D / CAD software: sono i programmi utilizzati per modellare in 3D. I sistemi di Computer Aided Design hanno come obiettivo la creazione di modelli, in genere 3D, di un oggetto. I programmi gratuiti più famosi che utilizzano il metodo di modellazione dei solidi sono: Google SketchUp, Autodesk 123D, Tinkercad e Blender. Tra i programmi a pagamento vi segnaliamo: AutoCAD, Rhinoceros, 3D Studio Max e SolidWorks.

-Slicing / CAM software: il “Computer-Aided Manufacturing“, che significa fabbricazione assistita da computer, converte i modelli 3D in comandi meccanici, i quali permetteranno alla stampante 3D di capire cosa deve fare e come deve muoversi. Il CAM software è comunemente chiamato “Slicer”. Molti programmi integrano strumenti CAD con quelli CAM, nel senso che permettono all’utente sia di disegnare modelli geometrici, che di generare le istruzioni per una macchina utensile.

-Client software: è il software di controllo della stampante 3D. Serve per dare le istruzioni di stampa e per impostare la macchina che si intende utilizzare. Esistono client software open source e client software proprietari, ossia progettati esclusivamente per certi modelli di macchine.

Funzionamento e metodi della stampa 3D

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, la SLA – Stereolitografia. Queste sono le principali tecniche di stampa 3D di cui faremo una breve analisi.

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FDM – fused deposition modeling: un filamento costituito da polimeri, riscaldato da una resistenza, viene fatto passare attraverso un ugello il quale, strato dopo strato, riesce a dar forma all’oggetto. Il vantaggio principale di questa tecnica è rappresentato dal basso costo dei materiali utilizzati per questo tipo di stampa.

SLS – selective laser sintering: La tecnologia di Sinterizzazione Laser Selettiva prevede la fusione (o sinterizzazione appunto) di piccole particelle di polvere attraverso un laser ad alta potenza: uno strato sottilissimo di polvere viene disteso sulla piattaforma di lavoro e il laser solidifica la polvere strato dopo strato in base alla sezione della geometria del file. Il livello di precisione di questa tecnica di stampa è quasi dieci volte superiore alla tecnica FDM. Uno dei suoi limiti è il costo del materiale base, infatti si tratta di resina pura molto costosa.

DLP – digital light processing: a seconda del tipo di luce impiegata per solidificare selettivamente il materiale, si parla di SLA, che generalmente utilizza una sorgente laser, o di DLP, che impiega proiettori LED o LCD per polimerizzare, generalmente dal basso, uno strato in una vasca contenente il fotopolimero allo stato liquido. Questo polimero è esposto alla luce di un proiettore DLP in condizioni di luce inattinica (L’attinicità è una proprietà delle onde elettromagnetiche, in particolare della luce, capaci di generare un cambiamento chimico-fisico su di un materiale fotosensibile), quindi il liquido esposto si indurisce, la piastra di costruzione si muove in alto di pochi decimi di millimetro e il polimero liquido è di nuovo esposto alla luce.

Utilizzi, Vantaggi e svantaggi 

In conclusione, mostrando quelli che risultano essere gli attuali vantaggi e svantaggi riguardanti il settore della stampa 3D, sembra facile intuire come il vantaggio principale che deriva dall’introduzione delle stampanti 3D nel mercato, principalmente industriale più che privato, stia nella possibilità di riprodurre e produrre gli oggetti più svariati secondo le esigenze e i settori di interesse. Per quel che riguarda il settore alimentare, negli Stati Uniti sono già stati aperti alcuni ristoranti dimostrativi che preparano cibo solo mediante l’utilizzo di stampanti 3D. Questi cibi vanno dal cioccolato allo zucchero, dalla pizza ai biscotti, dalla pasta alle verdure. Nel settore dell’edilizia i vantaggi sono notevoli.

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In Cina sono riusciti a stampare 10 case in calcestruzzo in 24 ore; mentre in California del Sud, grazie al progetto Contour Crafting, è stata ideata una stampante in grado di costruire una casa di 100mq, con muri e solette.

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In campo medicale i vantaggi sono sbalorditivi. Ad Utrecht è stato effettuato il primo trapianto di cranio stampato in 3D ad un paziente. La calotta cranica è stata realizzata con un resina speciale tramite l’utilizzo di una stampante 3D. Altri possibili utilizzi della stampante 3D applicata alla medicina sono quelli di supporto alle attuali tecniche chirurgiche: ad esempio, grazie alla ricostruzione in 3D di un cuore di un bambino di 14 mesi un team specializzato è riuscito ad effettuare un’operazione prima impensabile. Come in tutte le cose però oltre ai pro ci sono i contro e la stampa 3D non fa eccezione.

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Allo stato attuale la stampa 3D presenta alcuni limiti per l’invasione nella grande industria, primo fra tutti: il tempo. Se consideriamo che nel business l’uguaglianza tempo=denaro è di base, si capisce subito perché la grande industria attende i prossimi sviluppi sulla stampa 3D. Altro aspetto è il controllo della qualità: come abbiamo visto questi metodi prevedono la sovrapposizioni di strati, ciò rende più complicata una verifica dell’oggetto prodotto che potrebbe presentare anomalie tra uno strato l’altro. Un oggetto solido che viene tagliato e piegato, come avviene nella produzione classica, da maggiori garanzie.

Per quanto riguarda l’uso domestico, il primo grande problema sarà la violazione dei copyright. Qualsiasi possessore di una stampante 3D potrebbe riprodurre oggetti presenti sul mercato. A questo si aggiunge il rischio che la macchina venga utilizzata in modo errato come per la produzione di oggetti potenzialmente pericolosi (privi di qualsiasi controllo da parte di un’autorità predisposta) o armi. Una cosa è però certa.

In un epoca in cui il progresso tecnologico sembra non avere freni e limiti, possiamo aspettarci di tutto anche per quel che riguarda la stampa 3D con un suo uso sempre più massiccio nell’industria e nel privato e con delle funzionalità e delle possibilità progettuali e produttive sempre più sofisticate ed efficaci che porteranno notevoli agevolazioni in ogni settore produttivo.

Di Giuseppe Leone

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