La diffusione della tecnologia di stampa 3D rappresenta una vera e propria rivoluzione nel settore della produzione industriale e della prototipazione rapida, ma anche per il mondo del fai-da-te.
Quando si tratta di scegliere la stampante 3D giusta, bisogna considerare diversi fattori, primo tra tutti l’uso che si intende farne. Per questo è importante saper distinguere tra una stampante 3D professionale e una ad uso hobbistico.
Le stampanti 3D professionali si differenziano notevolmente da quelle domestiche non tanto per la tecnologia di stampa, quanto per accuratezza, dimensioni e materiali stampabili. Vediamo in dettaglio qual è il funzionamento delle stampanti 3D professionali e le loro caratteristiche principali.
Il processo di stampa 3D dipende dalla tecnologia della stampante che si usa. La tecnologia di stampa indubbiamente più diffusa ed economica, nonché di più facile utilizzo, è la Fused Deposition Modeling (FDM), ma ne esistono anche altri tipi, come il Sinterizzazione Laser Selettiva (SLS), la Stereolitografia (SLA) e la Fusione Laser Selettiva (SLM) e il material jetting, per citarne solo alcuni.
Le tecnologie di stampa 3D disponibili si differenziano principalmente per i materiali utilizzabili e per i metodi di solidificazione di questi ultimi in oggetti. Essenzialmente, le fasi di lavoro sono 3: progettazione, stampa e post produzione.
Alla base di qualsiasi processo di stampa 3D c’è un file in formato STL contenente il disegno del modello da stampare scomposto in triangoli grafici, elaborato con un software cad (computer aided design).
Il modello viene poi processato da un software slicing, che lo suddivide in strati (layer) bidimensionali e li trasmette sotto forma di istruzioni alla stampante.
A questo punto, il funzionamento del processo varia in base alla tecnologia di stampa in uso. Il termine additive manufacturing (o manifattura additiva) descrive precisamente l’idea di come funziona una stampante 3D, a prescindere dalla tipologia: i modelli 3D vengono formati grazie all’aggiunta del materiale uno strato dopo l’altro. Ciò che varia è il modo in cui gli strati vengono solidificati.
Di Kaboldy - Opera propria, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=23135258
Come abbiamo detto, la tecnologia FDM è tra quelle più utilizzate, sia nelle fabbriche e nelle aziende che nel tempo libero. La scelta ricade sulla Modellazione a deposizione fusa specialmente per i processi di prototipazione rapida e di produzione di fissaggi e componenti per l’industria manifatturiera.
La realizzazione di oggetti e prototipi con la stampa 3D FDM avviene attraverso la stratificazione di un filamento termoplastico, che viene estruso da un ugello sull’apposita piattaforma riscaldata.
In alcuni casi, come quando si vogliono realizzare oggetti dalla geometrie complesse o in cui devono essere presenti delle cavità, si impiegano utensili a perdere stampati con materiali solubili.
Immagine da El Moumen, Ahmed & Tarfaoui, Mostapha & Lafdi, Khalid. (2019). Modelling of the temperature and residual stress fields during 3D printing of polymer composites. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 104. 1-16. 10.1007/s00170-019-03965-y.
Non tutte le tecnologie sono uguali e non tutte le stampanti 3D nascono uguali. Con la vasta disponibilità di modelli di stampanti 3D reperibili al giorno d’oggi sul mercato, si potrebbe pensare che si trovano più o meno tutte allo stesso livello.
Tuttavia, ci sono diverse caratteristiche che vale la pena conoscere se si ha in mente l’acquisto di una stampante 3D. Le stampanti professionali e le stampanti desktop sono pensate per rispondere a esigenze diverse, e quindi per realizzare prodotti diversi.
Al di là dei prezzi, le differenze tra i modelli di stampanti 3D professionali e di quelle hobbistiche influiscono sulla qualità e sulla quantità degli oggetti realizzati, mentre le tecnologie di stampa 3D alla base sono sostanzialmente le stesse.
Immagine da www.stratasys.com
Si potrebbe dare per scontato che ogni qualvolta si volesse stampare un prototipo o una parte funzionale in 3D il processo avrà successo. Purtroppo, non tutte le stampanti sono in grado di portare a termine ogni volta il proprio compito.
Le stampanti professionali, come quelle di Stratasys, al contrario, sono affidabili al 100%, ovvero completano ogni singolo processo avviato.
Se l’uso della stampa 3D a modellazione è funzionale all’obiettivo di completare il maggior numero di pezzi nel minor tempo possibile, come nel caso della produzione di parti funzionali, sicuramente la preferenza ricadrà su una macchina che dà garanzie di successo.
Poiché gli oggetti realizzati per il modellismo o per hobby hanno indubbiamente una funzionalità diversa da quelli realizzati per l’impiego nell’industria o nella progettazione di prototipi, anche i materiali utilizzabili e i loro relativi costi differiscono a seconda del tipo di stampante.
Alcuni filamenti, come l’acrilonitrile butadiene stirene (ABS) e l’acido polilattico (PLA) sono comuni alle stampanti desktop e a quelle professionali. Altri, come l’ULTEM e il policarbonato possono essere impiegati solo dalle seconde.
Le stampanti 3D FDM professionali, poi, sono tutte dotate di una camera chiusa riscaldata che previene il restringimento dell’ABS durante il processo di stampa facilitandone l’uso, perché mantiene la temperatura costante.
La camera permette anche l’impiego di altri materiali con punti di fusione più alti, una caratteristica non garantita dalle stampanti hobbistiche.
I filamenti termoplastici ad uso professionali contengono di solito additivi che migliorano la loro resistenza chimica e agli urti. Inoltre, sono pensati appositamente per applicazioni in cui è necessaria una resistenza alle temperature elevate, come gli stampi per stampa a iniezione.
Immagine da www.stratasysdirect.com/it/resources/articles/popular-additive-plastics
Quando si usa una macchina 3D FDM professionale, non è necessario scendere a compromessi tra velocità di realizzazione e qualità dei pezzi stampati. Le parti prodotte da una stampante professionale sono fedeli al 97% al progetto di stampa originale, mentre quelle desktop possono essere notevolmente meno precise.
In altre parole, la tolleranza agli errori è inferiore allo 0,15% perché è maggiore il numero di parametri di stampa controllabili dall’operatore con l’esecuzione degli opportuni algoritmi di calibrazione.
L’elevata precisione è data anche dal doppio estrusore che si ritrova nella maggior parte delle macchine professionali e che permette di ottenere finiture superficiali più lisce e dettagli più definiti.
Nelle applicazioni per i settori industriale e manifatturiero può essere richiesto uno spessore dello strato di costruzione molto piccolo. Con la stampa 3D FDM professionale si possono ottenere dai 16 ai 3 micron di spessore.
Una stampante 3D professionale di norma è più grande di una desktop e perciò può produrre oggetti di dimensioni maggiori (superiori a 200x200x200 mm). A seconda della stampante, il volume di costruzione può raggiungere i 914x610x914 mm.
Un maggiore volume di stampa significa che la stampante può anche riprodurre contemporaneamente uno stesso oggetto di piccole dimensioni.
A differenza di una stampante desktop, quella professionale si può impostare per ripetere lo stesso modello più volte. Questo comporta notevoli vantaggi per chi volesse utilizzare il 3D printing per la produzione di parti funzionali in grandi volumi.
Al contrario, per la stampa 3D hobbistica è necessaria una calibrazione volta per volta e costante manutenzione da parte dell’utente.
La stampa 3D FDM professionale si presta a numerose applicazioni, tra cui indubbiamente la prototipazione rapida nel mondo della ricerca e dello sviluppo, ma anche la fabbricazione in serie di parti funzionali e attrezzi da montaggio.
Sono infatti diversi i settori in cui è in aumento la richiesta di parti stampate in 3D con polimeri FDM, come per esempio quello automotive e dell’aviazione, o quello medico, grazie alle diverse soluzioni di materiali disponibili.
I macchinari di stampa 3D FDM professionali hanno costi che possono sembrare molto alti rispetto alle loro controparti desktop. Tuttavia, bisogna considerare che una stampante 3D di fascia alta possiede tutte le caratteristiche e i vantaggi elencati finora.
Inoltre, le parti stampate in 3D FDM hanno costi decisamente inferiori rispetto a quelle prodotte con le tecniche di manifattura sottrattiva tradizionali.
Quando si considera l’acquisto di una stampante 3D è importante sapere che c’è una differenza sostanziale tra quelle professionali e quelle desktop, non tanto in termini di tecnica, quanto di precisione, volume di stampa, costi e materiali.
Una stampante 3D professionale è in grado di realizzare uno strato più sottile, più preciso e forme complesse utilizzando materiali chimicamente, fisicamente e termicamente resistenti.
La produzione in serie e la possibilità di stampare in grandi dimensioni a costi ridotti sono vantaggi particolarmente compatibili con diversi settori industriali.
.webp)