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La stampa 3D è una tecnologia che permette di produrre oggetti partendo da un modello digitale tridimensionale. Nei metodi di stampa 3D più conosciuti la produzione dell’oggetto avviene per strati, posizionando uno strato di materiale sopra l’altro.

Il termine “stampa 3D” è il più utilizzato negli ultimi cinque-dieci anni e indica in modo generico qualsiasi tecnologia di tipo additivo avente lo scopo di produrre oggetti. La sua diffusione si deve soprattutto alla grande popolarità che ha riscontrato a livello consumer, termine che ricorda la stampa bidimensionale tradizionale, rendendo maggiormente l’idea di come funzioni e in cosa consista.

A livello industriale e professionale la medesima tecnologia è più comunemente chiamata “manifattura additiva” – dall’inglese “Additive Manufacturing” – enfatizzando maggiormente il ruolo manifatturiero di questa tecnica. Con Additive Manufacturing si indicano in particolare lavorazioni più costose, utilizzate soprattutto da professionisti e aziende che sfruttano materiali tecnici e più performanti sotto diversi aspetti (polimeri e resine, metalli, polveri).

Indipendentemente dalla terminologia utilizzata, sia la stampa 3D che la manifattura additiva indicano un processo produttivo basato su una “tecnica additiva”, ossia che produce oggetti tramite l’aggiunta di materiale.
Le tecnologie di stampa 3D differiscono tra di loro per meccanica e funzionamento stesso delle macchine, oltre che per il tipo di materiali supportati. In alcuni casi esistono più nomi per la stessa tecnica: questa varietà è dovuta soprattutto alla presenza di più produttori che, nel corso del tempo, hanno registrato brevetti per metodi di stampa 3D molto simili tra loro.

Guida alle tecnologie di stampante 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, oltre che altre metodologie usate per la realizzazione di oggetti in leghe metalliche e altri materiali. Ora analizzeremo caso per caso in modo dettagliato:

– STAMPANTE 3D A FILAMENTO –

FFF – Fused Filament Fabrication

Comunemente chiamata con gli acronimi FFF o FDM – Fused Deposition Modeling – questa tecnologie di stampante 3D è la più comune ed economica. Un filamento polimerico viene riscaldato da una resistenza e spinto attraverso un ugello, il quale, spostandosi all’interno del volume di lavoro, va a depositare il materiale strato su strato.
La temperatura di estrusione dipende dal polimero utilizzato nella fase di stampa. Il materiale usato più comunemente è il PLA (Acido Polilattico) e viene estruso ad una temperatura compresa tra i 180 e 210 °C. Altri materiali richiedono temperature di estrusione ben maggiori, a volte anche 300-400 °C come l’ULTEM (materiale altamente performante e resistente alle deformazioni), il PEEK (apprezzato per l’alta resistenza termica) o il PMMA (comunemente chiamato Plexiglass).
La dimensione del foro dell’ugello di estrusione può variare a seconda delle necessità: si parte dai decimi di centimetro fino ad arrivare a diversi milimetri di diametro. Il diametro dell’ugello definisce due parametri molto importanti: la velocità di stampa (a parità di dimensioni dell’oggeto in stampa, un ugello più grande estrude più materiale, permettendo di finire la lavorazione più velocemente) e la precisione con cui viene depositato il materiale (un ugello più piccolo permette di ottenere forme più precise).

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– STAMPANTE 3D A RESINA –

DLP – Digital Light Processing

Se nel metodo SLA la luce utilizzata per fotopolimerizzare la resina proviene da un laser, il metodo DLP utilizza invece un fascio di luce proveniente da proiettori o schermi LCD. Il processo prevede anche in questo caso la fotopolimerizzazione di una resina fotosensibile, inizialmente allo stato liquido.
Al centro della tecnologia DLP troviamo un dispositivo digitale a microspecchi, chiamato in gergo tecnico DMD – Digital Micromirror Device, e che corrisponde ad un meccanismo di modulazione di luce spaziale e che permette di coprire in modo dinamico un’ampia area di luce. La precisione di questo sistema di specchi permette di arrivare a qualità di stampa notevoli, pari circa a 30 micron.
Mentre nella tecnologia SLA il laser si muove sulla parte superficiale della resina, arrivando a solidificare lo strato interessato punto per punto, la tecnologia DLP solidifica uno strato intero alla volta, proiettando un fascio di luce su tutta la superficie da lavorare. Il tempo impiegato per solidificare gli strati dipende dalla potenza della fonte luminosa originaria e dalla dispersione di luce, che è bene avvenga il meno possibile per garantire una buona riuscita di stampa. Le stampanti DLP possono utilizzare un’ampia gamma di materiali, anche morbidi e flessibili.

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SLA – Stereolitografia

Brevettate nel 1986, le stampanti 3D a stereolitografia permettono di realizzare oggetti partendo da una vasca contenente resine epossidiche allo stato liquido. Il processo prevede la solidificazione di uno strato di resina sopra l’altro per mezzo di un raggio laser che viene riflesso da un lente e disegna gli strati dell’oggetto interessato.
Le resine utilizzate con questa tecnologia sono dei fotopolimeri, ossia materiali polimerici che si solidificano se sottoposti ad un raggio di luce avente determinate caratteristiche. Tali resine fotosensibili presentano scarse qualità meccaniche e deterioramento precoce, soprattutto se esposte a raggi solari o all’umidità.
Per sostenere le parti a sbalzo dell’oggetto di stampa è necessario utilizzare dei supporti, che possono essere disegnati appositamente o calcolati dal software CAM in modo automatico. Gli oggetti prodotti attraverso stereolitografia sono anche utilizzati per lo stampaggio a iniezione, per la termoformatura, per la soffiatura e per processi che prevedono colate di metallo, in quanto risultano sufficientemente resistenti alle sollecitazioni sul materiale.

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– STAMPANTE 3D A POLVERI –

SLS – Selective Laser Sintering

Per “sinterizzazione” s’intende una lavorazione che permette di ottenere elementi compatti partendo da materiali polverulenti. Questa tecnologia sfrutta una luce laser che va a colpire uno strato di polvere, solitamente polimerica, accolta all’interno di una vasca, e che sinterizza tra di loro le particelle interessate. Banalmente, la sinterizzazione può essere vista come la saldatura tra piccole particelle solide. La costruzione degli oggetti avviene sinterizzando uno strato di polvere sull’altro: alla fine sarà quindi necessario rimuovere l’oggetto dalla vasca in cui è stato prodotto e pulirlo dalle polveri circostanti, che non sono state colpite dal raggio laser.​
I materiali utilizzabili sono generalmente a base polimerica e possono contenere caricature di diverso tipo (nylon caricato alluminio, nylon caricato carbonio, poliammide). L’altezza degli strati di stampa può arrivare a grandezze nell’ordine dei 20 micron.
Utilizzando una stampante 3D SLS non servono i supporti all’oggetto in stampa poiché, il materiale che non viene sinterizzato, fa da supporto agli strati successivi. Inoltre, il materiale che all’interno di una sessione di stampa non viene impiegato sarà riutilizzabile nuovamente.

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DMLS – Direct Metal Laser Sintering o DMP – Direct Metal Printing

Lavorando sempre per sinterizzazione è possibile stampare polveri metalliche, ottenendo in questo modo oggetti in metallo. In questo caso è prevista la vera e propria fusione tra le particelle.
Le leghe metalliche utilizzate sono diverse, si passa dall’acciaio all’oro 24 carati, fino all’argento, all’alluminio o al titanio. L’altezza degli strati può arrivare a 20 micron.
Attraverso questa tecnologia è possibile ottenere pezzi finiti o solamente destinati a lavorazioni di rifinitura superficiale in quanto presentano capacità meccaniche similari a quelle ottenibili attraverso altre lavorazioni tradizionali dei metalli.

– STAMPANTE 3D A LAMINATI –

LOM – Laminated Object Manufacturing

Molto apprezzata per i risultati estetici e il relativo basso costo dei materiali di consumo, la tecnica per laminazione produce oggetti incollando strato su strato il materiale impiegato, tra i quali il più utilizzato è la carta. Sui fogli di carta, che raggiungono spessori molto ridotti, viene stampata a inchiostro colorato una forma, che rappresenta un singolo strato dell’oggetto in lavorazione. Si otterrà quindi una risma di fogli con una sequenza ben definita, ognuno dei quali sarà tagliato secondo la forma che dovrà avere lo strato e incollati uno sopra l’altro. Avremo così un oggetto che potrà essere caratterizzato da infinite colorazioni, rinunciando però alle capacità meccaniche. Materiali utilizzati comunemente sono anche film plastici e lamiere metalliche.

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– STAMPANTE 3D A TESTINE –

CJP – Color Jet Printing

Spesso è chiamata anche InkJet, ma il funzionamento non cambia. Un collante liquido viene depositato su un letto di polvere di gesso, che era stato precedentemente depositato attraverso un rullo. Come per le precedenti tecniche, la polvere non raggiunta dal legante rimane nella camera facendo da supporto agli strati depositati successivamente. Ad ogni passaggio del rullo una testina Inkjet passa sopra lo strato di materiale appena depositato, estrudendo l’inchiostro attraverso un numero molto elevato di ugelli. La quantità di colori riproducibili supera il milione, proprio come per le stampanti Inkjet tradizionali. Si possono riprodurre anche sfumature e imprimere delle vere e proprie texture.
Bisogna però fare attenzione poiché la tecnica Inkjet è caratterizzata dalla scarsa resistenza meccanica e dall’aspetto poroso delle superfici dell’oggetto stampato. Utilizzando cere e polimeri tuttavia è possibile migliorare le resistenze meccaniche dei pezzi prodotti, consapevoli del fatto che si perderà la consistenza porosa che caratterizza questo metodo di stampa 3D.

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GUIDA ALLE STAMPANTI 3D

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