TIPOLOGIE DI STAMPANTI 3D
Le stampanti 3D possono essere classificate in base ai materiali stampati (polimeri, metalli, ceramici) o alla tecnologia di funzionamento (sinterizzazione di polveri, fusione di solido, fotoreticolazione di un liquido).
I metalli e i ceramici vengono stampati sinterizzando delle polveri mediante un laser che “disegna” gli strati scaldando selettivamente le aree da saldare. Come si può intuire si tratta di macchine molto costose e complesse, che vengono utilizzate solo per applicazioni in nicchie industriali (ad esempio il settore aerospaziale). Esistono anche stampanti a polveri polimeriche, si tratta sempre di macchine costose e utilizzate a livello industriale.
Le stampanti 3D più diffuse per prototipazione rapida e hobbistica utilizzano materiali polimerici. Qui distinguiamo due grandi famiglie: quelle a filo (FDM) e quelle a resina (SLS).
Stampanti a Filamento (FDM & FFF)
Le FDM (o FFF), stampanti a fusione di filo plastico, sono indubbiamente le più diffuse ed economiche (sia a livello di macchina che materiale). Queste stampanti sfruttano le proprietà dei polimeri termoplastici, che sono solidi a temperatura ambiente, ma rammolliscono progressivamente con l’aumento della temperatura, fino a poter essere modellati; con il raffreddamento tornano allo stato solido. Questa proprietà è comunemente sfruttata nelle convenzionali tecnologie di trasformazione dei materiali plastici.
La stampante è composta da un ugello (estrusore) riscaldato e mobile nelle 3 direzioni dello spazio. Questo ugello viene alimentato da una bobina di filamento termoplastico, che rammollisce per il calore e contemporaneamente “scrive” su una piastra (eventualmente riscaldata) i vari strati formando l’oggetto. Essendo gli strati sottili il raffreddamento è rapido, in questo modo la solidificazione avviene prima che sia perda le forma. I filamenti maggiormente utilizzati sono PE, PP, PET, PMMA, ABS, PLA, Nylon etc.
Quando si parla di filamenti, il parametro fondamentale è la temperatura di lavorazione. Nella maggior parte dei casi il materiale fonde fra i 100 e i 150 °C, temperature facilmente raggiungibili. L’oggetto stampato dovrà essere utilizzato a temperatura ambiente, poichè in caso di avvicinamento alla temperatura di fusione, le caratteristiche meccaniche diminuiranno velocemente. A meno di filamenti molto costosi, termoplastici speciali, è sconsigliato utilizzare il filamento per componenti strutturali, soggetti a sforzi variabili nel tempo.
I termoplastici speciali sono polimeri tecnici ad elevate prestazione, anche detti superpolimeri. Un esempio è il PEEK, avente temperatura di fusione prossima ai 330°C, in questo caso il costo del materiale sarà consistentemente più elevato dei classici termoplastici, e sarà necessario utilizzare stampanti 3D più costose, aventi componenti appositamente progettati per le elevate temperature in gioco.
Processo di Stampa 3D
- Il primo step per utilizzare una stampante 3D, qualsiasi tipologia di stampante 3D, consiste nel procurarci un modello digitale dell’oggetto che vogliamo stampare. Possiamo farlo principalmente attraverso 2 vie:
- Disegnandolo con un software CAD (ne esistono svariati sia a pagamento (AutoCAD e Rhinoceront) che open-source (come AutoCAD, Blender, TinkerCAD, etc..) oppure scaricando un modello dai database disponibili online (un esempio è Thingverse).
- Scannerizzando un oggetto reale con uno scanner 3D.
- Questo modello digitale dovrà essere trasformato in un percorso di stampa. I programmi di slicing si occupano appunto di suddividere il modello in strati stampabili e convertirli in codice macchina.
- Infine è necessario settare correttamente i parametri della stampante come la velocità e la temperatura dell’ugello per le stampanti a filo, o il tempo di irraggiamento nelle stampanti a resina che lo consentono. Questa fase è molto importante per la buona riuscita della stampa, e può richiedere alcuni tentativi. In generale bisogna trovare un buon accordo tra il materiale che vogliamo stampare, la macchina che si utilizza, e la geometria dell’oggetto.