stampanti 3D

Le stampanti 3D hanno subito una grande evoluzione, nate dal concetto della stampa che tutti conosciamo si sono fatte strada anche in ambiente casalingo.

Non è errato fare un confronto tra stampa su carta e stampa 3D, il principio di funzionamento è lo stesso, la differenza sostanziale consiste nella sostituzione dell’inchiostro con un materiale plastico e nell’aggiunta di un terzo asse che ne permette la stratificazione per ottenere forme estruse.

Sono svariate le applicazioni delle stampanti 3D; sono molto apprezzate nel campo della progettazione di parti tridimensionali per farsi un’idea del risultato finale, nella costruzione di parti di ricambio, di stampi e per riprodurre in numero limitato tutti quegli oggetti che si desidera toccare con mano.

Abbiamo pensato di scrivere una guida riguardante il mondo della stampa a 3 dimensioni, sintetizziamo brevemente gli argomenti di cui parleremo: Come individuare la stampante 3D che fa al caso tuo

  1. utilizzi delle stampanti 3D;
  2. tipi di stampanti 3D;
  3. materiali di stampa;
  4. acquistare una stampante 3D;
  5. storia e applicazioni

La rivoluzione delle stampanti 3D:

In campo industriale e nel fai da te quando si ha a che fare con modelli solidi e li si vorrebbe costruire definitivamente o come anteprima sarebbe molto complesso trasformare un dato materiale in modo sottrattivo (togliere materiale) per raggiungere il modello tridimensionale.

stampanti 3D

Significherebbe prevedere diverse lavorazioni in cui un utensile rimuove ciò che non serve, è questa la criticità che ha permesso lo sviluppo della stampa, che ci permette una costruzione additiva (deposizione di materiale su materiale) e che non prevede scarti.

Una vera e propria mano dal cielo per gli hobbisti.

Vantaggi e svantaggi stampa 3D:

  • Scelta illimitata di materiale
  • Costi gestibili e calcolabili
  • Libertà creativa
  • Spazi contenuti

Inoltre la lavorazione è completamente autonoma e non richiede alcuna sorveglianza l’unica raccomandazione riguarda un periodico controllo della bobina di filo.

Si presentano anche degli svantaggi come:

  • Impossibilità di stampare tutti i materiali
  • Limitazioni nella qualità di stampa
  • Durata della stampa

Per alcuni tipi di plastiche si potrebbero produrre odori o emissioni, è perciò consigliabile lavorare in ambienti areati e assicurarsi che non venga meno l’alimentazione elettrica.

La migliore stampante 3D:

La scelta di un sistema di stampa deve essere valutato non solo per i vantaggi e gli svantaggi ma anche per l’utilizzo che se ne vuole fare.

Considerare le materie prime, le caratteristiche dei materiali necessari per ottenere ottime stampe in base alle geometrie che solitamente si desidera portare alla realtà…

stampanti 3D
alcuni materiali impiegati nella stampa ad estrusione 3D

Più avanti descriveremo le caratteristiche dei materiali disponibili e i ruoli che solitamente svolgono nella stampa; alcuni sono concepiti per il corpo del solido finito altri come sostegno e supporto durante la stampa.

Esistono alcune tecnologie che si differenziano per il procedimento con cui i layer vengono posizionati l’uno sull’altro:

  • Modellazione a deposizione FDM (Fused Deposition Modeling)
  • Stereolitografia SLA (stereolithography) o DLP (digital light processing)
  • Sinterizzazione Laser Selettiva SLS (Selective Laser Sintering)

FDM

La FDM (modellazione a deposizione), è la più comune nell’uso domestico e consente una vasta gamma di materiali.

Un ugello estrude il materiale su un basamento, il calore viene fornito da una resistenza elettrica che permette la liquefazione del polimero ottenendo così la massima presa sullo strato precedente.

stampanti 3D

Fin dalle prime stampanti 3D si è immaginato di poter estrudere non solo materiali plastici ma anche ceramiche e metalli in cui un laser si occupa dell’adesione di un layer sull’altro.

SLA

Il metodo SLA (stereolitografico) è forse il più efficace anche se più complesso.

Si tratta di un procedimento in cui gli strati sono composti da una resina sintetica contenuta in un recipiente.

Durante l’operazione di stampa un laser UV indurisce strato dopo strato il polimero che assume così la forma voluta, il risultato è ottimo e presenta una rugosità superficiale molto limitata.

Le stampanti 3D sono sempre più ricercate e sempre più a portata di mano, molti oggi considerano l’acquisto di una stampante 3D un po’ per utilità un po’ per divertimento.

Ad esempio nel fai da te l’idea di riprodurre fedelmente un oggetto appena disegnato è sorprendente, in futuro si spera di poter investire su questa tecnologia per migliorarne qualità e velocità.

SLS

La Sinterizzazione Laser Selettiva (SLS) consiste nella fusione di microparticelle plastiche per arrivare al solido tridimensionale.

Le polveri polimeriche sono esposte alla radiazione di un potente laser che le fonde.

Inizialmente il piatto di estrusione viene coperto da un fine strato di polvere e man mano che il laser porta a compimento il suo percorso una fine nebbia di polveri si deposita sopra al primo layer, si prosegue fino alla totale costruzione della parte.

Materiali di stampa:

PLA e ABS

Le stampanti 3D a modellazione per deposizione (FMD) utilizzano principalmente PLA e ABS due materiali molto conosciuti acquistabili un rocchetti di filo con spessore di 3÷1.75mm.

La viscosità è per entrambi direttamente dipendente dalla temperatura, è importante sapere che possono subire anche diversi cicli termici conservando le loro caratteristiche meccaniche perché il riscaldamento provoca una variazione momentanea delle caratteristiche fisiche lasciando inalterate quelle chimiche.

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Il PLA o anche acido polilattico è un termo polimero prodotto dalla fermentazione del mais, è facile da estrudere e da stampare, non emette fumi tossici ed è biodegradabile oltre che idrosolubile.

Presenta una ritrazione del 2-3% durante la fase di raffreddamento ed è possibile lavorarlo a una temperatura inferiore rispetto all’ABS intorno ai 200÷220°.

L’ABS (acrilonitrile-butadiene-stirene) è un termo polimero molto leggero possiede ottime proprietà meccaniche, viene utilizzato ad esempio per le tubature idrauliche e per i LEGO, per essere estruso ha bisogno di temperature dai 200-250°C.

Rispetto al PLA non è biodegradabile e di conseguenza è molto duraturo nel tempo, occorre però valutare diversi inconvenienti durante la stampa: se portato ad alte temperature genera emissioni e si deforma facilmente durante il raffreddamento;

è molto consigliata una base di estrusione riscaldata per non permettere che si ritiri in modo anomalo.

PVA

Il PVA o (alcol polivinilico) è un materiale ottenuto per idrolisi di esteri polivinilici impiegato nella stampa come materiale di supporto estruso da un secondo ugello.

stampanti 3D
Un esempio del materiale di supporto per stampa 3D

Presenta l’importante caratteristica di dissolversi in acqua, perciò una volta stampato un oggetto è possibile asportare questo materiale immergendolo in acqua, dopo pochi minuti rimarrà solamente la parte che saremmo impossibilitati a stampare se non con un materiale di supporto.

PET

PET anche (polietilene tereftalato) molto conosciuto nell’industria alimentare è un materiale termoplastico che presenta una temperatura di estrusione di 200-220°C che presenta le stesse caratteristiche meccaniche del PLA ma non è biodegradabile.

TPU

Noto come (poliuretano termoplastico), possiede proprietà come l’elasticità, la trasparenza, la resistenza alle abrasioni e agli oli (oleorepellente e atossico); ha inoltre una elevata memoria di forma cioè l’attitudine a conservare la geometria originaria anche dopo ripetute flessioni.

I filamenti sono disponibili in vari colori e hanno il vantaggio di non emette odori durante lo stampaggio che avviene a temperature di 240-260°C; molto utile per costruire cover di smartphone.

PC

Il policarbonato, anche PC è un materiale termoplastico comunemente impiegato come isolante elettrico possiede una notevole resistenza al calore.

Utilizzato in molte applicazioni mediche e per parti meccaniche si può estrudere a temperature di 240-280°C ma occorre un piano di appoggio riscaldato in vetro.

Viene spesso impiegato nella costruzione di smartphone e per i vetri antiproiettile; presenta però uno svantaggio: assorbe l’umidità ma non è quasi per niente una limitazione se non per il fatto che potrebbe inglobare piccole bolle d’aria durante l’estrusione.

Prima di lavorarlo o stamparlo è consigliato scaldarlo con un phon o lasciarlo in un ambiente asciutto per almeno 24 ore.

HIPS

HIPS o polistirene antiurto è un materiale termoplastico composto da polistirene e gomma, è rigido e particolarmente resistente a urti e deformazioni ma come per l’ABS necessita del piano di estrusione riscaldato.

NYLON

Il nylon molto conosciuto per la sua resistenza e la sua flessibilità (Allungamento a rottura: 300%), come il policarbonato necessita di un piano di estrusione riscaldato in vetro, tende a ritirarsi e ad assorbire l’umidità come il policarbonato, è però disponibile in molte colorazioni.

Presenta temperature di estrusione intorno ai 220-240°C.

stampanti 3D

Altri materiali:

Altri materiali hanno un nome commerciale perché appositamente studiati per la stampa ad estrusione.

Laybrick

Materiale che riprende l’aspetto dei materiali lapidei infatti sono utilizzati per riprodurre modelli architettonici.

Hanno un coefficiente di deformazione limitato perciò gli oggetti stampati sono fragili ma non necessitano di base di estrusione riscaldata, la temperatura di estrusione si aggira intorno a 180-220°C.

Laywood

Miscela di fibre di legno con caratteristiche simili al PLA, piccola deformabilità, non necessita del piano riscaldato e si può estrudere a temperature di 180-250°C.

Come il nome ci suggerisce gli oggetti appariranno somiglianti al legno.

NinjaFlex

materiale gommoso, elastico, flessibile e resistente all’abrasione un po’ come il TPU.

Non necessita del piano riscaldato e ha una temperatura di estrusione di 210-230°C.

Altri materiali estrudibili FDM (Fused Deposition Modeling) sono elementi compositi come bronzo, rame.

Materiali stampa SLA:

Per le stampanti a tecnologia SLA si utilizzano fotopolimeri allo stato liquido.

Le proprietà di questi materiali sono tali per cui le caratteristiche fisiche permettono la solidificazione nel momento in cui vengono esposti a una sorgente ultravioletta generalmente emessa da un laser; solitamente si utilizzano acrilati o metacrilati che alla fase solida presentano ottime caratteristiche come la resistenza all’acqua, la trasparenza, la resistenza al calore così come altrettanto buone sono le caratteristiche meccaniche.

Acquisto stampanti 3D:

Nel caso ti trovi su questa pagina perché mediti da tempo di acquistare una stampante leggi anche questi requisiti fondamentali per una scelta consapevole:

  • dimensione massima del progetto
  • risoluzione
  • velocità
  • indeformabilità
  • supporto del produttore
  • commerciale / Open
  • prezzo

La dimensione massima di stampa corrisponde alle massime dimensioni che l’oggetto stampato potrà avere, è bene fare una previsione delle dimensioni dei propri progetti futuri.

La risoluzione riguarda invece il grado di precisione della disposizioni sui 3 assi dei layer; non riguarda solo la disposizione dei layer ma anche il loro spessore, maggiore è lo spessore più è rapido il processo di stampa ma maggiore sarà la rugosità superficiale e la robustezza infatti l’adesione dei singoli strati è più debole.

La robustezza costruttiva rappresenta l’attitudine della struttura della stampante a non deformarsi a una sollecitazione o sforzo meccanico.

Open source per quanto riguarda il software di gestione; un software aperto non è soggetto ad aggiornamenti costanti come un prodotto commerciale ma può essere aggiornato da tutti gli sviluppatori e non ha limiti di tempo.

Il prezzo è una caratteristica che spinge l’utente a non prendere in considerazione modelli più costosi con maggiori funzionalità.

Il mio consiglio è: se non si hanno molti soldi da investire su qualsiasi macchinario tecnologico o rinunciare all’acquisto o rivolgersi al mercato open-source dove il rapporto qualità-prezzo è maggiore come maggiori sono le possibilità di upgrade.

Esistono molti kit di montaggio dove se da un giorno all’altro si riscontra di avere un’area di stampa non più adeguata basta sostituire qualche guida, vite madre, cinghia, profilato, impostazioni software e la stampante torna a fare al caso nostro; chiaramente per un prodotto commerciale sarebbe improponibile.

Storia e utilizzi delle stampanti 3D:

I settori coinvolti nello sviluppo della tecnologia si estendono ben oltre il fai da te, è interessante scoprire come questa viene rielaborata in ambiti come ad esempio la medicina, il settore automobilistico o quello edilizio.

Medicina

oggi è possibile costruire protesi e organi, sono diversi i casi come la sostituzione di organi malati o che hanno subito importanti danni e non si ha la possibilità di riceverli da un donatore, tuttavia non esiste la possibilità di riprodurre parti particolarmente complesse, per il momento ci si limita a costruire qualcosa che possa non essere rigettato.

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Edilizia

Nel campo edilizia esistono sistemi di stampa che permettono una veloce costruzione di muri pareti pilastri di sostegno, il tutto si può realizzare con il metodo della deposizione dei layer costituiti però di materiale edilizio.

stampanti 3D

Questo sistema vanta una notevole autonomia e velocità e potrebbe trovare largo impiego per le costruzioni a basso costo e di altezza limitata.

Design

Nel campo del design la stampa 3D permette un grande risparmio per la costruzione dei modelli finiti che richiedono lavorazioni molto complesse per le superfici con geometria variabile.

stampanti 3D

Automotive

In campo automotive le forme sono studiate per ottenere il miglior coefficiente aerodinamico.

stampanti 3D

La stampa viene utilizzata per portare alla luce, dal modello 3D, una forma in plastilina ritoccata in un secondo momento da designer che ne curano ogni particolare.

Concludendo, spero che la guida risuli utile per eventuali acquisti o per la scelta di materiali da impiegare per la costruzione dei vostri oggetti tridimensionali

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