Stampanti 3D: "la terza rivoluzione industriale"?

3D print a new friend... 3D print a new friend... Maurice Mikkers
Un'innovazione che sta crescendo sempre più in questi ultimi anni è la stampa 3D, un passo da gigante che tocca diversi settori, da quello meccanico a quello medicale. La produzione 3D ha tutte le carte in regola per esser definita "la terza rivoluzione industriale". Questo articolo esamina l'ampia portata della stampa 3D, dalla sua storia alla tecnologia per poi passare  alla sua vasta gamma di applicazioni, tra cui la stampa dei propri modelli 3-D a casa. 
La stampante 3D è una macchina che permette la produzione di oggetti reali partendo da modelli disegnati con software di modellazione tridimensionale. La differenza tra le stampanti 3D e le “vecchie” 2D risiede nell’inchiostro e nel supporto: nelle prime viene usato un filamento di plastica che si deposita fino a creare l’oggetto in tre dimensioni, mentre nelle seconde veniva e viene usata la carta. Esistono più tecniche di stampa, e la più comune fa uso di plastica fusa emessa da una testina di stampa. L’ugello o l’oggetto che viene stampato, o a volte tutti e due, vengono spostati lungo tre assi (X,Y e Z).

Il processo di stampa 3D

Non importa quale approccio utilizza una stampante 3D, il processo di stampa complessivo è generalmente lo stesso:
  • Fase 1: CAD - Produrre un modello 3-D utilizzando software di progettazione assistita da computer (CAD). Il software può fornire anche simulazioni virtuali di come l'oggetto si comporterà in determinate condizioni. Ci sono diversi programmi anche gratuiti per la modellazione, come per esempio SketchUp, FreeCAD, Blender, Autodesk ect.
  • Fase 2: Conversione di STL - Convertire il disegno CAD in formato STL. STL, che è l'acronimo di linguaggio tessellation normal, è un formato di file sviluppato per 3D Systems nel 1987.
  • Fase 3: Trasferimento AM macchina e STL File Manipulation - Un utente copia il file STL al computer che controlla la stampante 3-D. L'utente può designare la dimensione e l'orientamento per la stampa. Questo è simile al modo in cui si impostare la stampa 2-D per la stampa su 2 lati. I programmi più usati sono : Repetier-Host, un software facile da usare e compatibile con la maggior parte dei firmware; Slic3r, un software che converte un modello digitale in una serie di istruzioni G-Code per la stampante; Cura, simile al precedente; Printrun e anche Replicator G.
  • Fase 4: Impostazione macchina - Ogni macchina ha le sue esigenze su come prepararsi per un nuovo lavoro di stampa. Ciò include la ricarica delle polimeri, leganti e altri materiali di consumo che la stampante userà.
  • Fase 5: Costruzione – La macchina lavora; il processo di generazione è in gran parte automatico. Ogni strato è di solito di spessore di circa 0,1 mm, anche se può essere molto più sottile o più spesso.A seconda delle dimensioni dell'oggetto, la macchina ed i materiali utilizzati, questo processo potrebbe richiedere ore o addirittura giorni.
  • Fase 6: Smontaggio - Rimuovere l'oggetto stampato (o più oggetti in alcuni casi) dalla macchina. Essere sicuri di prendere tutte le precauzioni di sicurezza per evitare lesioni.
  • Fase 7: Applicazione – Usare l'oggetto o gli oggetti appena stampato.
Un punto necessario è la scelta del materiale più adatto all’oggetto che vogliamo ottenere.

Andiamo a fare un elenco:
PLA WOOD per costruzioni simil legno
PLA BRICK per costruzioni simil cemento
PLA adatto per costruzioni con base maggiore di 5 cm
PLA GOLD/SILVER per creare oggetti metallici ora/argento
ABS per costruzioni che hanno bisogno di solidità
ABS PLUS per superfici piane
GUM per costruzioni gommose
PET per materiale plastico
CRYSTAL FLEX per aspetto lucido semitrasparente
POLY per costruzioni ad alta risoluzione
NYLON per costruzioni elastiche

Precedentemente abbiamo accennato alla tecnica più comune di creazione del modello (FDM – fused deposition modeling) ora andiamo a vederne altre:

SLS – selective laser sintering: permette la fusione di un mezzo in letto granulare. Un laser colpisce polimeri fondendoli in sottili strati di polveri plastiche
Funzionamento Stampante 3D
DMLS – direct metal laser sintering: praticamente uguale alla precedente, cambia solo il materiale di stampa, questa serve per stampare metalli

DLP – digital light processing: il polimero è esposto alla luce di un proiettore DLP in condizioni di luce inattinica, quindi il liquido si indurisce per la costruzione

Funzionamento Stampante 3D
SLA – Stereolitografia: uguale alla precedente, varia solo il tipo di luce, in questa tecnica viene usato il laser

PP
- Plaster-based 3D Printing: utilizza una testina inkJet che stampa su un letto di polvere (gesso, amidi, resine)

EBM
- Electron beam melting: una sorgente composta da un fascio opportunamente concentrato e accelerato di elettroni, colpisce un materiale in forma “micro granulometrica” provocandone la fusione.
Funzionamento Stampante 3D
Esistono diversi tipi di stampanti 3D alcune piccole come quelle per costruire piccole protesi, altre di grandi dimensioni per produrre pezzi meccanici.

Esistono anche stampanti per uso domestico, ma sono ancora poco diffuse, perché costose e non di semplice utilizzo. Difficilmente si trovano modelli con un costo minore dei 700 euro.

Ma che cosa si può fare con queste stampanti 3D?

• Hobby e uso quotidiano: l’utente potrà creare in casa diversi oggetti di cui ha bisogno
• Alcune aziende creano personaggi tridimensionali dei videogame e infinite sono le applicazioni della stampante in ambito artistico
• Archeologia : si possono creare integrazioni di parti mancanti o copie
• Architettura : modelli di edifici e plastici
• Medicina : produzione di protesi e tessuti.

Le stampe 3D sono in crescita esponenziale. Uno dei motivi di questa crescita è che i produttori fanno sempre più affidamento sulla stampa 3D per fare prototipi e pezzi per le grandi industrie. Ad esempio, l'industria automobilistica utilizza la stampa tridimensionale per la creazione rapida di nuovi progetti di parti di auto.

Allo stesso modo, Walter Reed Army Medical Center ha utilizzato la stampa 3D per la produzione di modelli che i chirurghi possono usare come guida per la chirurgia ricostruttiva facciale.

Gli ingegneri del settore aerospaziale stanno incorporando la stampa 3D per alcuni miglioramenti di prodotti su larga scala. La società di ricerca aerospaziale EADS ha un'ambizione ancora più audace per la stampa 3D: la fabbricazione di parti di aeromobili stessi, tra cui un'intera ala di un grande aereo. EADS vedono questo come una tecnologia migliore, credendo che ali stampate in 3D ridurrà il peso di un aereo e, quindi, ridurre il suo consumo di carburante. Questo potrebbe ridurre le emissioni di anidride carbonica e la compagnia aerea avrebbe un risparmio annuo.

La stampa 3D ha anche alcune applicazioni estetiche interessanti. I progettisti e gli artisti stanno lavorando in modo creativo per la produzione di arte, moda e arredamento. Grafico Torolf Sauermann ha creato sculture geometriche colorate utilizzando la stampa 3D.

Ora che siete a conoscenza di tecnologie di stampa 3D comuni e come le diverse industrie le impiegano, si potrebbe chiedere quanto tempo è possibile avviare la stampa di un mouse del computer dal design personalizzato, camion giocattolo per i bambini o la cassetta degli attrezzi perfetta per casa. Come abbiamo visto, la stampa 3D è costosa, sia in termini di macchinari che di materiale. Prodotti come V-Flash però, stanno spianando la strada a prezzi accessibili. La stampante 3D V-Flash Personal pesa meno di 150 libbre, costruisce oggetti fino a 9 pollici da 6 e tre quarti pollici da 8 pollici (228 millimetri per 171 millimetri per 203 millimetri) ed è abbastanza piccola da stare sul tavolo del vostro ufficio .V-Flash è disponibile da 3D Systems per un costo stampante 3d di 9.900 dollari, il che la rende più conveniente rispetto ad altre stampanti 3-D attualmente sul mercato. Mentre per quanto riguarda i modelli di stampante HP 3D sul mercato sono 2:
  • HP Designjet 3D: stampa su ABS Monocolore e può realizzare strati di 0,254 millimetri.
  • HP Designjet Color 3D: si tratta di una stampante che utilizza ABS fino ad 8 colori per ottenere oggetti più realistici. Gli stati hanno dimensioni minime di 0,254 mm.
Le due stampanti costruiscono modelli 3D utilizzando l’ABS che garantisce robustezza e durabilità nel tempo. Entrambe le stampanti sono corredate del software necessario per la stampa e di un manuale utente molto dettagliato.
La stampa 3D continua a svilupparsi e crescere, diventando un modo sempre più popolare e più conveniente per la produzione di prototipi e prodotti finiti. Nel prossimo futuro, un bambino potrebbe utilizzare le stampanti 3D a scuola per costruire repliche in miniatura o si potrebbero stampare le copie della nostra chiave di casa senza uscire, piuttosto che fare un viaggio al negozio di ferramenta.

Insomma questa innovazione spazia in tutti i campi, da quello meccanico, biomedicale a quello domestico, quindi in un futuro molto prossimo potremmo forse parlare di “terza rivoluzione industriale”.
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