La Stampa 3D: tecnologie a confronto

La stampa 3D (nota anche come “manifattura additiva”) consiste nella creazione di oggetti fisici a partire da modelli tridimensionali virtuali. Il procedimento si compie attraverso la deposizione progressiva di sottili strati di materiale, contrariamente a quanto avviene nelle tecniche di lavorazione tradizionali (dette “di tipo sottrattivo”), basate sull’asportazione di materiale da un blocco iniziale.

Nata nel 1986 con la pubblicazione del brevetto di Chuck Hull (inventore della stereolitografia e fondatore dell’azienda 3D Systems), la stampa 3D si è poi evoluta e differenziata nel corso del tempo, grazie all'introduzione di nuove tecniche di stampa e di numerosi materiali con specifiche caratteristiche meccaniche, utilizzabili sia singolarmente che in combinazione.

Questa varietà ha permesso alla stampa 3D di diffondersi sempre più, tanto che oggi la si può vedere applicata negli ambiti più disparati: dall’architettura all’automotive, dalla gioielleria all’industria aerospaziale, dalla calzoleria al settore medico e dentistico.

FDM, SLA, SLS e POLYJET: caratteristiche, vantaggi e svantaggi delle principali tecniche di stampa 3D

Ogni tecnologia di stampa 3D presenta caratteristiche specifiche e - inevitabilmente - una serie di vantaggi e svantaggi che la differenziano dalle altre.

Vediamo insieme le peculiarità e tutti i principali punti di forza e di debolezza delle quattro tecniche oggi più utilizzate: FDM, SLA, SLS e POLYJET.

FDM (modellazione a deposizione fusa)

L’FDM è un processo di produzione additiva appartenente alla famiglia di estrusione del materiale. Questa tecnica di stampa 3D permette di realizzare gli oggetti a partire da un filamento solido, che viene poi fuso e depositato strato per strato dalla testina della stampante 3D. I materiali utilizzati sono polimeri termoplastici.

I polimeri più conosciuti tra quelli utilizzati col metodo FDM sono il PLA (Acido polilattico) e l'ABS (Acrilonitrile butadiene stirene). Il PLA viene estruso di solito a una temperatura di fusione variabile fra i 180 °C e i 220 °C, mentre l'ABS fra i 220 °C e i 250 °C. Al contrario di quest’ultimo, il PLA non emette fumi potenzialmente dannosi quando viene fuso e lavorato. Gli oggetti stampati in ABS sono però meno fragili, maggiormente resistenti alle alte temperature e più flessibili.

Oggi l’FDM è la tecnologia di stampa 3D più diffusa: rappresenta la più grande base installata di stampanti 3D a livello globale ed è spesso la prima tecnologia a cui sono esposte le persone, grazie alla visibilità mediatica di cui gode.

La post produzione dei modelli realizzati con stampa FDM avviene rimuovendo i supporti manualmente o con supporti solubili in diversi tipi di solventi.

Pro:

1. Tecnologia economica

2. Materiali biocompatibili

3. Supporti solubili

4. Buona resistenza meccanica

5. Materiali riciclabili

6. Possibilità di stampare in più materiali (fino a 4)

Contro:

1. Bassa velocità di stampa

2. No materiali trasparenti

Realizzazione di modello 3D di Medics con tecnologia FDM

SLA (Stereolitografia)

Inventata negli anni ‘80, la stereolitografia è la prima tecnica di stampa 3D e costituisce tuttora una delle tecnologie più diffuse a livello professionale.

L’SLA utilizza un laser a ultravioletti per polimerizzare resina fotosensibile liquida in plastica dura, attraverso un processo che prende il nome di fotopolimerizzazione.

La principale applicazione di questa tecnologia è la prototipazione rapida, che permette di ottenere oggetti fisici da testare prima della produzione industriale. Le stampanti SLA possono tuttavia essere utilizzate in numerosi altri ambiti, a cominciare dalla gioielleria e dal campo dentistico.

Pro:

1. Materiali trasparenti

2. Materiali biocompatibili

3. Buona resistenza meccanica

4. Alta velocità di stampa

5. Materiali morbidi opachi

Contro:

1. Tecnologia costosa

2. Rimozione meccanica dei supporti

3. Materiali non riciclabili

4. Monomateriale

Modello 3D di Medics realizzato con tecnologia SLA

SLS (Sinterizzazione Laser Selettiva):

La stampa 3D basata sulla tecnica dell’SLS si serve di un raggio laser ad alta potenza che fonde piccole particelle di polvere di polimeri all’interno di una camera chiusa. Il materiale più utilizzato è il nylon e i costi sono contenuti.

Oggi è la tecnologia di produzione additiva più comune per le applicazioni industriali.

Pro:

1. Materiali bio-compatibili

2. Nessun supporto

3. Alta velocità di stampa

4. Ottima resistenza meccanica

5. Materiali morbidi opachi

Contro:

1. Tecnologia molto costosa

2. Mono materiale

3. Ambiente controllato

4. Sistemi chiusi

5. Materiali non riciclabili

6. No materiali trasparenti

7. Riempimento fisso

Guide chirurgiche di Medics realizzate con tecnologia SLS

POLYJET (Multi-material jetting)

Le stampanti 3D PolyJet funzionano in modo analogo a quello della tradizionale stampa 2D ma, anziché rilasciare gocce d’inchiostro, depositano strati di fotopolimeri liquidi solidificabili su un vassoio. Appena deposte, le gocce di fotopolimeri liquidi vengono polimerizzate a raggi UV.

Come nel caso dell’FDM, quando vi sono sporgenze o forme complesse che richiedono un sostegno, la stampante PolyJet deposita un materiale di supporto rimovibile, che poi verrà rimosso facilmente a mano, con acqua o con una soluzione.

Pro:

1. Materiali bio-compatibili

2. Supporti solubili

3. Multi-materiale (fino a 7)

4. Materiali trasparenti (con post-produzione)

5. Alta velocità di stampa

6. Materiali morbidi trasparenti

Contro:

1. Bassa resistenza meccanica

2. Tecnologia molto costosa

3. Ambiente controllato

4. Sistemi chiusi

5. Materiali non riciclabili

6. Generazione di molti supporti

7. Riempimento fisso

Modello 3D di Medics realizzato con tecnologia PolyJet

Fonti: Formlabs