Tutto quello che c’è da sapere sulla stampa 3D e le sue utilità

La stampa 2D fa parte della nostra vita da molti anni. In questo periodo sono state utilizzate molte tecnologie per la stampa, ma la verità è che oggi la stampa 3D professionale è già una realtà. È difficile non aver sentito parlare della stampa tridimensionale oggi, anche solo aver visto alcune delle creazioni, tuttavia è ancora un mondo abbastanza sconosciuto alla maggior parte delle persone. Se è un argomento di tuo interesse, ti mostreremo un po’ di storia sulle stampanti 3D, in cosa consiste questo tipo di stampa e come funziona, tipi di stampanti e alcuni modelli per iniziare in questo mondo.

Per entrare nell’argomento, spiegheremo cos’è esattamente la stampa 3D, un po’ di storia sull’origine di questo processo e come funziona per vedere il numero di usi che può avere oggi e in futuro, nonché i diversi metodi di stampa, materiali e alcune stampanti da casa con cui possiamo iniziare. Può sembrare qualcosa di totalmente estraneo a te o che sia impossibile per te avere una stampante 3D a casa, ma sono più comuni di quanto pensi.

Cos’è la stampa 3D

La stampa 3D è un gruppo di tecnologie di produzione additiva in grado di creare un oggetto tridimensionale sovrapponendo strati successivi di un determinato materiale. Un processo mediante il quale gli oggetti fisici vengono creati sovrapponendo un materiale da un modello digitale. Pertanto, è un processo in cui un oggetto fisico viene creato in tre dimensioni attraverso un oggetto o modelli digitali utilizzando una stampante 3D che può utilizzare diverse tecnologie e materiali per sovrapporre strati fino a creare una replica perfetta.

Prima di iniziare il processo di stampa, è il software di stampa che si occuperà di separare la stampa in strati sottili come la plastica di output che utilizzeremo (ce ne sono diversi, li analizzeremo in dettaglio di seguito). Per ogni strato, la stampante si sposterà sul piano per rilasciare la plastica necessaria in ogni strato, formando così la figura in tre dimensioni.

Un po’ di storia

Anche se ci può sembrare un termine e una tecnologia moderni, la verità è che nel 1976 erano già state sviluppate le prime attrezzature e materiali da costruzione per la stampa 3D. Pochi anni dopo, nel 1981, Hideo Kodama inventò due metodi di produzione di AM per la fabbricazione di un modello tridimensionale in plastica con un polimero fotoindurente.

Nel 1984 sono stati presentati e brevettati diversi progetti basati sul processo di stereolitografia, che si basa sull’aggiunta di strati mediante polimerizzazione di fotopolimeri con laser ultravioletti. Inoltre è stato definito un sistema per generare oggetti tridimensionali creando un pattern dell’oggetto da formare, che ha dato origine al formato di file STL, oggi ampiamente accettato per la stampa 3D.

La prima macchina da stampa 3D SLA

Nel 1992 è stata sviluppata la prima macchina da stampa 3D di tipo SLA (stereotigrafica), opera della società 3d Systems. Un laser ultravioletto ha solidificato un fotopolimero strato dopo strato per creare oggetti tridimensionali. Nonostante non fossero parti molto perfette, suggerivano il grande potenziale che questo tipo di macchina poteva offrire.

Sette anni dopo, nel 1999 , si sono potute vedere scoperte con il primo organo coltivato in laboratorio dal team di ricerca del Wake Forest Institute of Regenerative Medicine attraverso il loro progetto per ottenere organi e tessuti stampati utilizzando la tecnologia di stampa 3D.

Prima stampante di tipo SLS

Nel 2006 è stata costruita la prima stampante SLS o sintetizzatore laser selettivo. Una macchina che utilizza un laser per fondere i materiali durante il processo di stampa 3D e che ha dato grandi speranze alla produzione di parti industriali, protesi, ecc. Un paio di anni dopo, attraverso il progetto RepRap, venne alla luce la prima stampante in grado di replicare i propri componenti, consentendo di costruire stampanti identiche o parti di ricambio.

Questo tipo di stampa era originariamente concepita per essere utilizzata quasi esclusivamente per l’industria, ma grazie a questa prima stampante SLS il suo utilizzo si estese ai modelli per uso “domestico”.

Anticipi e novità

Nel 2011 , gli ingegneri dell’Università di Shoothampton hanno progettato un drone stampato in 3D e lo hanno prodotto in una sola settimana. Nello stesso anno è stato anche possibile vedere il primo prototipo di un’auto la cui carrozzeria era stata creata attraverso la stampa 3D o come questa tecnologia è stata portata in un altro mercato molto diverso come quello della gioielleria, potendo persino stampare pezzi d’oro e argento 3D da alcuni modelli.

Negli ultimi anni abbiamo visto molteplici applicazioni in impianti dentali, protesi ossee, ecc. Abbiamo anche visto come le stampanti 3D sono state recentemente utilizzate per produrre forniture mediche per aiutare a combattere il coronavirus negli ospedali, adattatori per respiratori, schermi protettivi, ecc.

Come funziona

La stampa 3D richiede l’uso del software , dell’hardware corrispondente della macchina o della stampante e dei materiali utilizzati per la stampa stessa e che tutti funzionino insieme. Il processo di stampa stesso consiste nella creazione di oggetti tridimensionali dalla sovrapposizione di strati dal basso verso l’alto.

Prima di iniziare il processo, il software divide la grafica in strati sottili quanto il diametro del materiale in uscita. Per ogni strato, la stampante si sposta sul piano per rilasciare materiale sulle coordinate corrispondenti e formare così la figura in tre dimensioni e identica a quella disegnata in 2D.

Pertanto, la prima cosa di cui abbiamo bisogno per stampare un oggetto in tre dimensioni è un file creato con alcuni software di modellazione 3D . La prossima cosa è usare il materiale ideale per la sua fabbricazione. Generalmente vengono utilizzati materiali termoplastici, ma esistono anche stampanti 3D in grado di utilizzare altri materiali come metallo, resine o polimeri. Naturalmente, in questo caso il costo delle stampanti è molto più alto poiché devono essere in grado di fondere il materiale per il suo utilizzo nella stampa a strati.

E infine, ovviamente, c’è la stampante stessa, di cui, come si può già dedurre, ne esistono diverse tipologie a seconda soprattutto del materiale utilizzato per la stampa 3D.

Metodi di stampa 3D

Sono disponibili diverse tecnologie per la stampa 3D che differiscono principalmente per il modo in cui i diversi strati vengono utilizzati per creare le parti. Alcuni utilizzano metodi di fusione del materiale per formare gli strati, come SLS o FDM, mentre altri depositano materiali liquidi che vengono solidificati con diverse tecnologie. Tra i metodi più utilizzati ci sono:

stampa ad iniezione

In questo metodo, la stampante crea il modello di livello stendendo uno strato della sezione della parte. Questo processo viene ripetuto fino alla stampa di tutti i livelli ed è l’unico che consente la stampa di prototipi a colori. Questa tecnologia è simile alla stampa a getto d’inchiostro, ma invece di iniettare inchiostro sulla carta, gli strati di un fotopolimero liquido vengono iniettati su un vassoio di stampa e induriti utilizzando la luce ultravioletta.

Per questo tipo di stampa è molto importante sapere come selezionare il tipo di fotopolimero liquido che utilizzeremo nella stampa, poiché ce ne sono alcuni che potrebbero non resistere a determinate temperature elevate.

Modellazione a deposizione fusa (FDM)

Come suggerisce il nome, questo metodo deposita un materiale fuso su una struttura strato per strato che viene successivamente sintetizzata da un laser per la solidificazione. Questo metodo include anche la sintesi laser del metallo o DMLS.

È generalmente considerato il tipo di stampa 3D più semplice disponibile ed è compatibile con un gran numero di polimeri termoplastici .

Stereolitografia (SLA)

La stereolitografia o tecnologia SLA è quella che utilizza resine liquide fotopolimeriche che solidificano con l’utilizzo della luce emessa da un laser ultravioletto. In questo modo si creano strati di resina solida fino a formare l’oggetto. Viene solitamente utilizzato sia per la produzione di pezzi definitivi che per l’elaborazione di modelli e modelli.

È considerata l’ origine della stampa 3D , con il suo primo modello brevettato nel 1984, e la prima macchina da stampa commerciale nel 1988.

fotopolimerizzazione mediante luce ultravioletta

In questa occasione, la fotopolimerizzazione mediante luce ultravioletta o SGC utilizza un contenitore di polimero liquido che viene esposto alla luce di un proiettore in determinate condizioni. In questo modo, il polimero si indurisce mentre la piastra di montaggio viene spostata verso il basso molto lentamente per creare i diversi strati mentre il polimero si solidifica.

I fotopolimeri iniziarono a essere sviluppati intorno alla fine degli anni ’60, anche se solo molto tempo dopo il loro uso si normalizzò.

Fotopolimerizzazione ad assorbimento di fotoni (SLS)

In questo metodo l’oggetto 3D viene creato dall’uso di un blocco di gel e utilizzando un laser. Cioè il gel solidifica nelle zone dove viene focalizzato con il laser a causa di un processo di non linearità ottica di fotoeccitazione. Successivamente, il gel rimanente viene pulito.

Questo processo è particolarmente utile per stampare i più piccoli dettagli , essendo il miglior processo disponibile per questo.

stampa di ghiaccio

Recentemente abbiamo anche visto come sono stati sviluppati metodi o tecniche che, attraverso un processo di raffreddamento, consentono la stampa 3D utilizzando il ghiaccio come materiale. Una tecnologia ancora in sviluppo e i cui vantaggi sono ancora da vedere.

Se questa tecnologia continua ad essere esplorata, potremmo trovarci di fronte a un enorme progresso nel campo della stampa 3D, dal momento che il costo del ghiaccio è ovviamente molto inferiore rispetto al resto dei materiali utilizzati per la stampa.

Materiali

A seconda dei metodi utilizzati per la stampa 3D, abbiamo visto che possono essere utilizzati materiali diversi. Ed è che una stampante non può utilizzare alcun materiale per stampare, ma deve utilizzarne uno compatibile con il tipo di stampante e le tecnologie utilizzate.

Esiste una grande varietà di materiali utilizzati per la stampa di oggetti in tre dimensioni, da materiali liquidi, solidi, flessibili, trasparenti, opachi, colorati, ecc. Materiali che, a seconda delle loro proprietà, possono soddisfare le esigenze delle parti o degli oggetti da essi creati, poiché ognuno ha caratteristiche e proprietà diverse che consentono la creazione di determinati oggetti con una certa resistenza o con maggiore precisione. Tra i materiali più utilizzati ci sono:

  • Acido polilattico (PLA). È un polimero formato da elementi simili all’acido lattico e con proprietà simili a quelle del polietilene tereftalato (PET), che viene comunemente usato per realizzare contenitori. Un materiale termoplastico a base di amido di mais, manioca, manioca o canna da zucchero.
  • Laywoo-D3. Materiale formato dalla miscela di un polimero, simile al PLA, e polvere di legno in diverse percentuali e che offre un risultato dall’aspetto simile al legno e facilmente verniciabile e carteggiabile. Nello specifico è composto per il 40% da fibre di legno e da un polimero legante per ricreare sulla sua superficie una finitura accompagnata da una texture molto simile a quella del legno.
  • Acrilonitrile butadiene stirene (ABS). In questa occasione, è una plastica molto resistente che resiste alle alte temperature. Offre una certa flessibilità ed è facile da dipingere. Inoltre, possiamo dire di questo materiale che è solitamente utilizzato soprattutto nell’industria automobilistica, così come in altri settori come quello industriale e domestico.
  • Polistirene ad alto impatto (HIPS). È una varietà di polistireni, un polimero abbastanza fragile a temperatura ambiente e che si modifica con l’aggiunta di polibutadiene per migliorarne la resistenza. È comunemente indicato come HIPS o PSAI.
  • Polietilentereftalato (PET)
  • È un tipo di plastica ampiamente utilizzato per i contenitori per bevande. Chimicamente è un polimero ottenuto dalla reazione di policondensazione tra acido tereftalico e glicole etilenico. Appartiene al gruppo dei materiali sintetici chiamati poliesteri.
  • Elastomero termoplastico (TPE). Sono un tipo di polimeri o una miscela di polimeri che formano materiali termoplastici ed elastomerici. In altre parole, uniscono i vantaggi dei materiali elastici come le gomme stesse e le materie plastiche. Sono spesso indicati come TPE o “gomme” termoplastiche.
  • Filaflex. È un filamento elastico a base di poliuretano e altri additivi che insieme offrono una grande elasticità. La stampa con questo tipo di materiale è più lenta, ma è molto utile per determinati oggetti. È un filamento che consente di creare un oggetto flessibile ed elastico, ideale, ad esempio, per realizzare scarpe, protesi, bracciali o custodie per cellulari, tra gli altri.
  • Mattone. È un materiale che risulta dalla miscela di varie materie plastiche e gesso. Questo conferisce agli oggetti un aspetto simile alla pietra e possono essere facilmente verniciati e levigati. È realizzato con arenaria e un polimero legante che crea una finitura superficiale simile a quella di un oggetto in ceramica o pietra.
  • Nylon. Polimero sintetico del gruppo delle poliammidi. Una fibra tessile elastica e resistente ampiamente utilizzata per la fabbricazione e la fabbricazione di tessuti e tessuti.
  • Metalli amorfi (BGM). I metalli amorfi sono quelli che hanno una struttura a livello atomico disordinata, che consente la solidificazione di varie forme. Inoltre, a differenza della maggior parte degli altri metalli, sono cristallini e hanno una disposizione altamente ordinata degli atomi, che li distingue dal resto.

Applicazioni di stampa 3D

Come possiamo immaginare, le applicazioni della stampa 3D sono tante e svariate grazie alle diverse tecniche e materiali che possono essere utilizzati a seconda del tipo di oggetto, della precisione dei dettagli e della resistenza. Alcuni dei campi di applicazione della stampa di oggetti in tre dimensioni sono:

Medicina e salute

Il fatto di poter creare determinate parti del corpo tramite stampanti 3D e che siano totalmente tollerabili dal corpo è già una realtà. Nel campo della protesi e di altre specialità come l’odontoiatria, è forse dove ci sono più utilità. Questo senza dimenticare il grande vantaggio di poter realizzare pezzi o sanitari in tempi rapidissimi.

In alcuni momenti specifici della storia abbiamo visto come l’uso delle stampanti 3D sia stato particolarmente utile in alcuni casi. Ad esempio, durante la pandemia di coronavirus in Italia nel 2020, questo tipo di dispositivo è stato utilizzato per realizzare “protettori per le orecchie” per le maschere di milioni di servizi igienici nel nostro paese. Anche per realizzare schermi protettivi in ​​assenza di mascherine igieniche protettive che rispettassero le normative e che impedissero l’esposizione a medici o infermieri.

Formazione scolastica

Per quanto riguarda l’istruzione e la formazione, il fatto di poter creare repliche esatte di concetti molto astratti , fa migliorare notevolmente la visualizzazione e la comprensione. Puoi ottenere aiuto non solo nelle scuole dai livelli molto elementari dove puoi creare animali o qualsiasi tipo di nido, ma anche nelle scuole superiori, nelle università, applicando la stampa 3D a qualsiasi tipo di “organo”, ecc.

Lo stesso processo di produzione 3D può essere molto interessante anche a livello educativo. Come puoi vedere in questo elenco, sono sempre più interessanti gli usi che possiamo dare a questa tecnologia, e grazie al fatto che le stampanti 3D hanno un prezzo sempre più accessibile, molto presto ci saranno diverse unità nei centri educativi o nelle università per Insegna agli studenti come stampare in 3D.

Industriale

Non c’è dubbio che nel settore industriale è un grande risparmio di tempo e di costi riuscire a realizzare pezzi di diversi materiali in tempi rapidi. Stiamo vedendo sempre più macchine che vengono utilizzate in qualsiasi fabbrica, e con le stampanti 3D sarà possibile stampare parti per queste in caso di rottura, rendendo il processo molto più semplice e senza la necessità di rivolgersi ai fornitori per trovare la parte .

Non solo, ma ci sono anche sempre più stampanti 3D per metallo, che sono grandi e pesanti, adatte solo a questo tipo di utilizzo. Con loro, il futuro della stampa 3D guadagnerà sempre più peso.

Archeologia

In questo settore la stampa 3D è anche un grande aiuto e vantaggio quando si tratta di poter replicare oggetti reali senza il complesso e laborioso processo di modellazione, ricostruzione, ecc. In archeologia è molto comune trovare tutti i tipi di manufatti o reliquie distrutti dal passare del tempo, cosa che rende quasi sempre difficile classificarli o spiegarne l’origine nel tempo.

Grazie a software di stampa e database archeologici, sarà possibile costruire con queste stampanti 3D oggetti completi i cui “originali” sono stati ritrovati distrutti, qualcosa di fantastico anche per esporre queste opere in tutti i musei del mondo come repliche dell’originale, altro difficile da conservare

Moda e tessuti

Uno dei settori in cui viene utilizzata anche la stampa tridimensionale è quello della moda. Numerose aziende internazionali hanno già utilizzato stampanti 3D per produrre scarpe, abbigliamento, borse, accessori e gioielli.

Le stampanti 3D dedicate all’abbigliamento hanno una forma molto curiosa, ovvero che sembrano i telai più futuristici. Per utilizzarli sarà necessario caricare rocchetti di filo di diverso colore, anche se in pratica sia il procedimento che il risultato saranno gli stessi del resto delle stampe.

cibo e alimentazione

Esistono stampanti in grado di sostituire alcuni processi culinari , anche l’utilizzo della stampa 3D per realizzare dolci incredibili è già una realtà. È molto comune anche realizzare stampi o tagli per biscotti e pasticcini in casa ed è solitamente uno degli utilizzi più frequenti: tagliabiscotti con la forma che vogliamo e sfruttando tutte le possibilità che la stampa 3D ci offre da casa.

Sebbene questi tipi di stampanti fossero molto rari nella loro origine, questo è cambiato nel tempo. Ora abbiamo molte opzioni sul mercato per stampare forme alimentari di ogni tipo, dove abbondano coloro che sono responsabili di “scolpire” il cioccolato.

Generalità

Insomma, sono molteplici gli usi che si possono dare ad una stampante 3D nei diversi ambiti della nostra vita , anche a livello domestico. Può essere molto utile per fare giocattoli, replicare oggetti d’antiquariato, replicare progetti di architettura o anche per realizzare una pentola, un portatovagliolo o una macchina che conta i centesimi che hai nel salvadanaio di casa.

L’uso di queste stampanti continuerà a diffondersi, e tra qualche anno sarà molto comune trovare questo tipo di dispositivo nella stragrande maggioranza delle case. È vero che ci saranno sempre persone che preferiranno acquistare cose già stampate, ma grazie ai sistemi di stampa 3D avremo sempre accesso a oggetti più “unici” e personali, oltre a un catalogo quasi infinito di possibilità.

Il futuro della stampa 3D

La stampa 3D si è evoluta molto negli ultimi anni e l’infinità di possibilità che offre è già diventata chiara. Oggi, sebbene sia già utilizzato in alcune aree, la verità è che ci si aspetta che in futuro acquisirà un risalto ancora maggiore rispetto alle stampanti a inchiostro di oggi.

Ed è che le stampanti per oggetti tridimensionali offrono molte più possibilità rispetto alle stampanti a inchiostro. La verità è che le aspettative per questo tipo di dispositivi sono molto alte, soprattutto perché ci si aspetta che possano cambiare la nostra vita nel prossimo futuro.

Medicina e salute

In ambito industriale si prevede una riduzione dei tempi e dei costi di produzione, ma senza dubbio, dove la stampa 3D ha generato la maggiore aspettativa è nel campo della medicina o della salute . Da tempo sentiamo come stampanti di oggetti tridimensionali potrebbero creare organi umani totalmente tollerabili dal nostro corpo, anche utilizzando le cellule della stessa persona.

Ciò significherebbe la possibilità di eseguire molti più trapianti di organi rispetto a oggi, evitando liste di attesa e allungando l’aspettativa di vita delle persone.

Lo stesso accade con la possibilità di realizzare ossa o protesi per tutte quelle persone con differenti problemi di mobilità. Si è anche sentito parlare della possibilità di ossa stampate che potrebbero essere riassorbite naturalmente dal nostro stesso corpo fino a quando il corpo non sarà in grado di rigenerare quell’osso. Sono stati raggiunti alcuni traguardi anche per la creazione di farmaci, che permetterebbero la produzione automatizzata di medicinali con formule speciali e personalizzate.

possibilità quasi infinite

Ma le possibilità che la stampa 3D può offrirci sono pressoché infinite . Tanto che ci sono varie iniziative e progetti per la costruzione di case stampate, il che significa la possibilità di costruire case nei paesi poveri a basso costo e senza bisogno di tante risorse. Senza contare che questo tipo di costruzione è molto più ecologico di quello convenzionale.

Stampanti per iniziare a stampare in 3D

Esistono diversi tipi di stampanti a seconda dei metodi di stampa utilizzati. In base a questo anche i prezzi variano molto, quindi, se vogliamo avvicinarci a questo mondo della stampa 3D per uso domestico, la solita cosa è acquistare una stampante 3D con tecnologia di modellazione FDM o SLA. Successivamente, mostreremo una raccolta delle migliori stampanti domestiche che possiamo acquistare su Amazon a un buon prezzo.