Che cos'è la stampa 3D?

Stampa 3D è un processo di produzione che crea un oggetto fisico tridimensionale da un file digitale. Questo processo è chiamato produzione additiva, il che significa che il materiale viene aggiunto, non rimosso.

Con la stampa 3D, crei un design digitale 3D in un programma di modellazione, conosciuto come software CAD, quindi utilizzare una stampante 3D per produrre strati di materiale per formare l'oggetto finito. Aziende, ricercatori, professionisti del settore medico, hobbisti e altro ancora utilizzano la stampa 3D per una vasta gamma di applicazioni.

Ecco uno sguardo a come è nata la stampa 3D, come funziona, a cosa serve e cosa riserva il futuro a questa tecnologia.

La storia (e il futuro) della stampa 3D

All'inizio degli anni '80 è apparsa la tecnologia di stampa 3D, ma era conosciuta come tecnologia di prototipazione rapida o RP. Nel 1980, il Dr. Kodama del Giappone ha presentato una domanda di brevetto per la tecnologia RP, ma il processo non è stato completato.

Nel 1984, Charles "Chuck" Hull ha inventato un processo che ha chiamato stereolitografia, che utilizzava la luce UV per solidificare il materiale e creare un oggetto 3D strato dopo strato. Nel 1986, a Hull è stato rilasciato un brevetto per il suo apparato di stereolitografia, o macchina SLA.

Nello stesso periodo sono stati sviluppati altri processi e tecnologie di stampa 3D e ulteriori miglioramenti sono continuati negli anni '90 e nei primi anni 2000. Tuttavia, l'obiettivo principale della tecnologia di stampa 3D era la prototipazione e le applicazioni industriali.

La tecnologia di stampa 3D ha iniziato a essere notata dai media mainstream nel 2000, quando è stato creato il primo rene stampato in 3D, anche se il successo del trapianto di un rene 3D non è avvenuto fino al 2013. Nel 2004, il RepRap Project ha fatto stampare da una stampante 3D un'altra stampante 3D. Più attenzione dei media è stata attirata nel 2008 con il primo arto protesico stampato in 3D.

Sono seguiti rapidamente altri progressi 3D, tra cui una casa stampata in 3D in cui una famiglia si è trasferita nel 2018.

Oggi, la stampa 3D non riguarda solo i prototipi e la produzione industriale. Hobbisti, scienziati e chiunque altro utilizzi la stampa 3D per la produzione di prodotti, beni di consumo, progressi medici, materiali didattici e altro ancora. Sta rapidamente diventando più utile per il consumatore quotidiano.

Oscar Adelman, CEO di Remi, afferma che il processo sta diventando sempre più popolare nel settore dentale, ad esempio. L'accuratezza della stampa 3D è incredibilmente impressionante e può aiutare i clienti dentali a risparmiare fino all'80% sui prodotti rispetto ai tradizionali prezzi degli studi dentistici.

"Man mano che la tecnologia di stampa diventerà più veloce, più economica e più comune, vedremo industrie come il settore dentale fare sempre più affidamento sulla tecnologia per le procedure quotidiane", afferma.

Come funzionano le stampanti 3D

Esistono diversi tipi di tecnologie di stampa 3D, tra cui Fused Deposition Modeling (FDM), noto anche come Fused Filament Fabrication (FFF). L'FDM è il metodo più comune e popolare ed è utilizzato nelle stampanti 3D più economiche.

Il metodo di stampa FDM utilizza un filamento di materiale plastico, un po' come una corda. Il filamento viene alimentato da un rullo in una testa riscaldata, che fonde la plastica. La testa estrude la plastica fusa sul basamento della macchina. La testata si sposta sul letto, in 2D, depositando il primo strato di materiale.

Una volta completato il primo strato, la testa viene sollevata dello spessore del primo strato e deposita sopra lo strato successivo. La parte viene costruita strato per strato, come cuocere una pagnotta di pane fetta per fetta.

Le popolari stampanti 3D FDM includono MakerBot e Ultimaker.

Esempio di come utilizzare una stampante 3D

Ecco uno sguardo a come potrebbe funzionare la semplice stampa 3D su una stampante FDM.

1. Scarica un modello 3D che desideri stampare o progettane uno tu stesso.

   Trova modelli scaricabili su Thingiverse o GrabCAD. Per progettare tu stesso un modello, prova SketchUp o Miscelatore. Per le parti di ingegneria, prova un software CAD come Lavori solidi.

2. Se non lo è già, converti il ​​modello in un formato di stampa 3D, come un File STL.

3. Importa il modello in un software di slicing, come MakerWare, cura, o Semplifica 3D.

   MakerWare funziona con le stampanti 3D MakerBot. Cura e Simplify 3D producono G-code, che funziona con la maggior parte delle stampanti 3D.

4. Configura la build nel software di slicing. Decidi come orientare il modello sulla stampante 3D. Per FDM, ridurre al minimo le sporgenze più ripide di 45 gradi perché richiedono strutture di supporto.

   Quando si decide l'orientamento, considerare come verrà caricato il modello in modo che i livelli non si separino facilmente.

   

   Per risparmiare tempo e materiali, i modelli generalmente non sono solidi. Specificare la percentuale di riempimento (in genere dal 10 al 35 percento), il numero di strati perimetrali (in genere 1 o 2) e il numero di strati inferiore e superiore (in genere da 2 a 4). Ci sono altre cose da considerare quando preparazione di un modello per la stampa 3D.

5. Esporta il programma, che in genere è un file G-code. Il software di slicing converte il modello e la configurazione di build specificati in una serie di istruzioni. La stampante 3D segue questo per costruire la parte.

6. Trasferisci il programma sulla stampante 3D utilizzando una scheda SD, USB o Wi-Fi.

7. Stampa il modello sulla stampante 3D.

   

8. Quando la stampante 3D finisce di costruire il modello, rimuoverlo ed eventualmente pulirlo. Rompere eventuali strutture di supporto e strofinare eventuali grumi rimanenti con carta vetrata fine.

Altri tipi di macchine da stampa 3D

Oltre alle stampanti FDM, i metodi di stampa 3D includono anche stereolitografia (SLA), Digital Light Processing (DLP), Sinterizzazione laser selettiva (SLS), fusione laser selettiva (SLM), produzione di oggetti laminati (LOM) e raggio digitale Fusione (EBM).

SLA è la più antica tecnologia di stampa 3D ed è ancora in uso oggi. DLP utilizza l'illuminazione e i polimeri, mentre SLS utilizza un laser come alimentatore per creare oggetti stampati in 3D resistenti. SLM, LOM ed EBM sono in gran parte caduti in disgrazia.

Il futuro della stampa 3D

La stampa 3D porterà a un futuro di prodotti personalizzati su richiesta realizzati istantaneamente secondo le nostre esatte specifiche? Sebbene ciò non sia ancora chiaro, la tecnologia di stampa 3D sta crescendo rapidamente e viene utilizzata in molte aree.

La stampa 3D di case, organi del corpo come reni e arti e altri progressi hanno il potenziale per migliorare la vita di innumerevoli persone in tutto il mondo.