Classificazione delle stampanti 3D

L’avvento delle stampanti 3D ha inaugurato una nuova era della tecnologia: ora è possibile stampare un oggetto tridimensionale. Dai giocattoli alle protesi mediche, i prodotti stampati in 3D possono essere utilizzati per molti scopi diversi. Il lavoro si basa su modello digitale (o disegno) che viene quindi trasformato nella sua copia reale. Tali dispositivi sono disponibili in varie capacità e configurazioni, e in versioni domestiche e industriali. Gli attuali tipi di stampanti 3D utilizzano un’ampia varietà di materiali per la stampa 3D.

Tecnologia di stampa 3D

Per quanto riguarda la tecnologia utilizzata, si applica una classificazione speciale, che sarà utile per conoscere ogni futuro proprietario di una stampante 3D:

• FDM;
• Polyjet o MJM;
• LENTE;
• LOM;
• SLA;
• SLS;
• 3DP;

FDM

Si tratta della tecnologia più diffusa nei dispositivi in questione. Nell’unità FDM (fused deposition modeling) il materiale di consumo viene spremuto attraverso uno speciale ugello, strato per strato. Questi includono:

• dispositivi simili a makerbot;
• Stampanti Stratasys;
• unità utilizzate nell’industria culinaria (prodotti caseari, impasti, glasse);
• Dispositivi medici (gel medico con cellule vive).

Poligetto

Interessante è anche l’MJM (Multi Jet Modeling), che prevede una tecnica modellazione multigetto. Il processo è simile a quello di un getto d’inchiostro convenzionale, grazie ai piccoli ugelli (che possono essere centinaia). Una volta polimerizzato lo strato precedente, si formerà il modello 3D.

I materiali di consumo sono fotoplastiche e plastica, ma anche cera speciale. Questo tipo di stampa 3D è comunemente utilizzato nella produzione di impianti medici, protesi dentarie e calchi.

È realistico produrre versioni multicolore e oggetti con proprietà diverse, ad esempio elastici in combinazione con rigidi.

Gli svantaggi dell’utilizzo di questa tecnica sono che la materia prima è molto costosa e la Risultati fragili. Applicazioni comunemente presenti nella prototipazione medica e industriale.

LENTE

Nella sagomatura a rete con tecnologia laser, il materiale di consumo che fuoriesce dall’ugello si trova immediatamente nel fuoco del raggio laser, il che può causare una sinterizzazione istantanea. Utilizzo polvere di metallo ha contribuito alla produzione di oggetti in acciaio e titanio, consentendo l’uso delle stampanti 3D nell’industria. Molte leghe possono essere miscelate e prodotte direttamente nel processo. Ecco come vengono realizzate, ad esempio, le pale delle turbine in titanio.

LOM

Con un oggetto laminato, sottili fogli laminati vengono tagliati al laser, incollati, sinterizzati o pressati in un oggetto tridimensionale. Ecco come stampare oggetti 3D in plastica, alluminio e carta.

Per inciso, il materiale di partenza per gli oggetti in alluminio è un foglio adatto, che verrà “sinterizzato” con vibrazioni a ultrasuoni.

Nonostante la leggerezza del materiale di partenza, i modelli di carta sono molto resistenti e il loro costo sarà praticamente irrisorio. Ma bisogna subito essere preparati al fatto che un prodotto del genere sarà accompagnato da molti rifiuti. Quest’ultimo problema, tuttavia, può essere evitato anche posizionando contemporaneamente più oggetti di piccole dimensioni sullo stesso foglio.

SLA

Per capire come funziona la stereolitografia, immaginate una vasca da bagno piena d’acqua polimero liquido. Un raggio laser penetra nella sua superficie e polimerizza lo strato. Una volta che uno degli strati è pronto, la piattaforma abbassa il pezzo in modo che il polimero liquido riempia gli spazi vuoti. Poi la situazione cambia: il pezzo viene sollevato e il laser viene posizionato in basso.

Quando si lavora con questo metodo, è necessario un trattamento superficiale per smerigliare e rimuovere il materiale in eccesso. Talvolta il risultato viene ulteriormente cotto in forni a raggi ultravioletti.

Una stampante di questo tipo non dovrebbe essere tenuta in casa:

• a causa della tossicità del fotopolimero;
• perché è costoso da mantenere.

SLS

La sinterizzazione laser selettiva assomiglia alla tecnologia sopra descritta, ma utilizza una polvere cotta al laser al posto del fotopolimero. Non ci si deve preoccupare di rotture durante il processo e come materiale di consumo è possibile utilizzare acciaio, nylon, bronzo, titanio, ceramica, vetro, cera da fonderia e altri materiali.

La tecnologia prevede la creazione di oggetti complicati. È ottimo per creare prototipi, ad esempio, per i gioielli. La polvere non cotta sosterrà gli elementi sporgenti, per cui non è necessario formare involucri di supporto speciali.

3DP

Il metodo 3DP consiste nell’applicazione di colla al materiale, seguita da uno strato di polvere fresca e poi di nuovo dall’intero processo. Il risultato è un materiale che assomiglia al gesso (arenaria). Se aggiungiamo della vernice alla colla, possiamo creare oggetti colorati. Il processo è sicuro per l’uso domestico e in ufficio. Le polveri di vetro, ossa, gomma e persino segatura sono adatte per i materiali.  È anche possibile fare figure commestibili (utilizzando cioccolato o zucchero in polvere) – solo in questo caso si utilizza una speciale colla alimentare.

Non si possono evitare anche gli svantaggi: il risultato finale potrebbe avere una superficie ruvida e una bassa risoluzione.

Classificazione delle stampanti in base al tipo di materiale utilizzato

Il materiale di consumo definisce i tipi di stampanti 3d. Laser Le unità sinterizzano e laminano la polvere. Getto d’inchiostro La stampante 3D incolla uno per uno gli strati del materiale di partenza utilizzato e poi sinterizza. Il passo successivo è il raffreddamento. Qui possiamo utilizzare plastiche fotopolimeriche, resine, polveri, silicone, metallo e cera. Scoprite come funziona questa tecnica su diversi materiali.

Polvere

Il principio della tecnica è il seguente

• In base al modello fornito, la testina di stampa inizia ad applicare un legante speciale in punti specifici;
• sarà rivestito con un rullo sottile e sinterizzato con la sostanza.
• Poi il processo viene ripetuto.

Un dispositivo di questo tipo è piuttosto realistico costruire con le proprie mani – è sufficiente disporre degli accessori necessari. Un altro vantaggio di questa macchina è la capacità di lavorare con particelle di metallo in polvere.

Gesso

Anche la variante a base di gesso è riempita di polveri, ma già con i corrispondenti – dal gesso allo stucco, al cemento e simili. Richiesto agente legante. Tali stampanti sono utilizzate soprattutto per la creazione di decorazioni d’interni. I prodotti qui sono molto diversi.

Fotopolimero

In questo caso i fotopolimeri liquidi vengono utilizzati per la produzione di oggetti. Principio interessante creazione di figure. Guidato da un modello computerizzato, il laser a ultravioletti si illumina su punti specifici. In seguito, saranno induriti sotto l’effetto della luce ultravioletta. Anche questa illuminazione verrà effettuata attraverso una fotomaschera appositamente preparata – solo in questo caso verrà utilizzata una lampada ultravioletta. Il modello vuoto cambierà ad ogni nuovo livello.

Se si sceglie una tecnica stereolitografica, si può godere di un’elevata precisione della stampa volumetrica. L’unico svantaggio è la bassa velocità di lavoro, ma se la precisione è un problema, il tempo di esecuzione non è un problema.

Cera

Questo tipo di macchina stampa con la cera, un materiale con un basso punto di fusione. Questa proprietà ha il vantaggio di essere facile da lavorare. Ecco perché la chiarezza e la precisione dei contorni prodotti sono impeccabili.

Come ottenere il colore

Per realizzare oggetti di colori diversi, la tecnica prevede l’utilizzo di una speciale testa laser. Qui ce ne sono diversi in una volta sola estrusori – componenti in grado di fondere e applicare il materiale di consumo utilizzato.

La maggior parte di queste unità è utilizzata nella produzione di giocattoli per bambini. Un’altra applicazione è la creazione di gioielli di design.

Esiste un altro metodo chiamato “sublimazione“. Questo tipo di stampante viene utilizzato se si vuole trasferire un’immagine (ad esempio, una foto) sulla superficie in rilievo. Per ottenere l’effetto desiderato, i coloranti vengono riscaldati in punti specifici: grazie all’effetto della temperatura, evaporano e il disegno desiderato rimane.

Come scegliere una stampante 3D

Nella scelta di una stampante, è necessario innanzitutto decidere la tecnologia con la quale la stampa. Un dispositivo di livello amatoriale, l’unico che il consumatore medio può potenzialmente acquistare, piuttosto che un’intera azienda, funziona sulla base di uno sviluppo chiamato Getto di plastica (PJP), Alcune fonti si riferiscono a questa tecnica come Fused Deposition Modeling (FDM) o Fused Filament Fabrication (FFF). Fondamentalmente è lo stesso.

Tipi di materiali per la stampa amatoriale

In generale, per la stampa su questo tipo di dispositivi si utilizzano materiali plastici con diverse caratteristiche. Viene consegnato sotto forma di un cordone di plastica avvolto su una bobina o tagliato in cannucce. I tipi di plastica comunemente utilizzati sono due: ABS e PLA.

Plastica ABS è sicuro, atossico, adatto ai prodotti per bambini e, inoltre, può essere maneggiato in presenza di bambini. Prodotti resistenti e di lunga durata. Lo svantaggio della plastica è che perde il suo aspetto commerciabile al sole e al freddo estremo. Utilizzati più frequentemente nella produzione di componenti professionali.

Plastica PLA (polilattide) è più fragile e non ha una buona durata. Ma è più malleabile e offre maggiori possibilità di creare forme complesse. È un prodotto naturale in quanto ottenuto da mais e canna da zucchero. Rispettoso dell’ambiente, si decompone al 100% in componenti innocui. I prodotti in PLA sono resistenti all’abrasione e mantengono la loro geometria. Di conseguenza, la plastica si adatta perfettamente alle parti in movimento.  In generale, si tratta di una versione amatoriale della plastica.

Materiali alternativi per la stampa 3D

Oltre alla plastica, per lavorare su queste stampanti vengono utilizzati i seguenti materiali.

1. Acciaio inox. Utilizzato solo in apparecchiature professionali. Offre maggiori possibilità di produzione di dettagli.
2. Legno. Non si tratta di legno vero e proprio, ma di una miscela di un polimero legante e di un legante per legno.  il materiale è molto costoso, ma non richiede competenze particolari. È “caldo” e indistinguibile dal legno.
3. Resina anche costoso. Può essere utilizzato per stampare pezzi di alta precisione, con un’eccellente qualità della superficie, liscia e resistente. La resina perde la sua trasparenza se esposta al sole.
4. Nylon. utilizzato principalmente per la produzione di elementi industriali e medicali.

Importante! Quando si acquista il materiale per la stampa, bisogna assicurarsi che il formato della bobina e lo spessore del cavo siano conformi alle specifiche della stampante.

Caratteristiche delle stampanti 3D

Per scegliere una stampante o fare un’analisi per identificare il leader, è necessario capire quali sono le caratteristiche principali dei dispositivi.

1. Area di stampa. Questo parametro definisce il volume massimo dei modelli che possono essere creati con questa macchina. La documentazione specifica o il volume in cubo.cm o limiti di dimensione lineare in mm.
2. Risoluzione di stampa (strato). È lo spessore dello strato con cui viene applicato il materiale. Maggiore è la risoluzione, più fine è la plastica, più silenziosi sono i rilievi e di alta qualità la superficie. Al di sotto di questo valore, le parti escono più “sgraziate”, senza dettagli fini. Questo parametro può essere impostato dall’operatore in alcuni dispositivi.
3. Estrusore. È l’unità operativa della stampante che è responsabile della preparazione (riscaldamento) e dell’erogazione. La plastica (o altra materia prima) viene ammorbidita dalle alte temperature in un ugello e alimentata alla stampa (estrusione). Questo comprende l’ugello stesso, il trasportatore del ciuffo (filamento di plastica), il regolatore di temperatura e il meccanismo di raffreddamento. Le stampanti 3D con un solo estrusore per passaggio possono lavorare con un solo filamento. Per rendere possibile la stampa multicolore, il dispositivo deve disporre di almeno 2-3 estrusori. Le unità a ugello singolo e doppio sono un’opzione per i dispositivi industriali. Si tratta di un’operazione costosa e gli elettrodomestici non sono attrezzati in questo modo.
   

   Stampante 3D a doppio estrusore

4. Le stampanti possono “collegarsi” a dispositivi esterni (computer, smartphone o semplicemente una memoria esterna) tramite USB e/o Wi-Fi. Non è sempre un prerequisito per l’operazione.
5. Firmware della stampante (software). È preinstallato di default. Si occupa del riconoscimento, dell’elaborazione dei documenti in formato stl per la successiva stampa. Questi file vengono creati in programmi professionali come Sketchup e Autodesk Inventors Fusion.
6. Caratteristiche aggiuntive. Ergonomia, design e altri dettagli non interferiscono con il flusso di lavoro della stampante, ma spesso ne determinano il costo.

Le stampanti 3D possono essere fornite come unità indipendente (assemblate) o in kit di costruzione (fai da te). La seconda opzione costa molto meno.

Per riassumere

La stampa 3D attira un gran numero di persone che si interessano ad essa per curiosità personale o per scopi produttivi. Per chi non ha esperienza nel settore, non è difficile imparare l’arte della stampa volumetrica, sia con corsi virtuali che reali. La cosa più importante sarà un’altra: per quali scopi specifici si acquisterà tale macchina. Una corretta definizione delle priorità, unita alla conoscenza della tecnologia utilizzata per l’applicazione in questione, consente di utilizzare la tecnica al massimo delle sue potenzialità.