La Stampa 3D


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

  1. 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.
  1. 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.
  2. 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.