Stampa 3D

Che cos'è la stampa 3D?

La stampa 3D è il processo di costruzione di oggetti tridimensionali strato per strato. Conosciuta anche come produzione additiva, è l'opposto della produzione sottrattiva, che si riferisce al taglio o alla scolpitura di un design finito da un blocco più grande di materiale, come la scultura.

I materiali comunemente usati per la stampa 3D includono termoplastici come l'acrilonitrile butadiene stirene (ABS), metalli, resine e ceramiche.

Il software di modellazione 3D rende possibile la stampa 3D. Consente maggiore creatività e sperimentazione realizzando prototipi rapidamente, facilmente ed economicamente. Poiché può realizzare design dettagliati e complessi con meno materiale rispetto alle tecniche sottrattive, come la foratura, la saldatura e lo stampaggio a iniezione, la stampa 3D riduce lo spreco di materiale.

Una volta che il design è pronto, il software di stampa 3D costruisce strati di materiale per formare un vero e proprio oggetto tridimensionale.

Software Stampa 3D

Software che menzionano stampa 3d come caratteristica o termine.

Autodesk Fusion

DigiFabster

Ultimaker Cura

Designcenter Solid Edge

Tinkercad

Shapr3D

Componenti di una stampante 3D

Per comprendere meglio i tipi di stampa 3D, alcuni componenti importanti delle stampanti 3D sono discussi di seguito.

• La scheda di controllo è il cuore di una stampante 3D poiché trasmette istruzioni a tutti gli altri componenti. Determina anche la giusta temperatura di fusione per modellare l'oggetto da stampare.
• Il filamento è la materia prima necessaria per stampare oggetti. È una plastica che si scioglie invece di bruciare quando viene riscaldata.
• Il telaio ospita tutti gli elementi elettrici e meccanici di una stampante 3D. Li mantiene in posizione e offre una superficie per stampare gli oggetti.
• Il piano di stampa è dove viene creato l'oggetto 3D finale.
• La testina di stampa è il componente attraverso il quale il filamento entra, si scioglie e alla fine prende la forma dell'oggetto da stampare.
• Le barre filettate consentono alla testina della stampante 3D di muoversi su, giù e in formazioni a zig zag.
• I motori passo-passo all'interno di una stampante 3D aiutano nella costruzione di un oggetto in diversi piccoli passi. Aiutano anche a muovere altri componenti come la testina della stampante, il piano, le barre e le viti.
• Le cinghie sono un altro componente di movimento della stampante 3D. Il motore passo-passo è collegato agli ingranaggi di trasmissione tramite cinghie che si adattano agli ingranaggi e consentono loro di muoversi agevolmente con il motore.
• Gli arresti di fine corsa indicano alla stampante la sua posizione e la impediscono di superare i limiti consentiti. Aiutano la stampante a mantenere il suo asse ed evitare deragliamenti.
• L'unità di alimentazione (PSU) fornisce energia a tutti gli altri componenti della stampante.

Tipi di stampa 3D

L'organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO) classifica le tecnologie di stampa tridimensionale in sette classi. Tutte le tecniche di stampa 3D rientrano in una delle seguenti categorie.

• Binder jetting deposita uno strato sottile di materiale in polvere, come metallo, polimero sabbia o ceramica, sulla piattaforma di costruzione, dopodiché una testina di stampa rilascia adesivi che legano le particelle. Il binder jetting stampa metalli 3D, prototipi a colori completi e stampi ceramici su larga scala.
• Deposizione di energia diretta impiega un laser, un fascio di elettroni o un arco elettrico per fondere materiale in filo o polvere. La tecnica costruisce strati orizzontalmente e li impila verticalmente per creare parti.
• Estrusione di materiale, o modellazione a deposizione fusa (FDM), fornisce una bobina di filamento a una testina di estrusione con un ugello riscaldato. La testina di estrusione riscalda, ammorbidisce e deposita il materiale in posizioni predeterminate per raffreddarsi e creare uno strato. La piattaforma di costruzione poi scivola verso il basso per passare allo strato successivo.
• Jetting di materiale deposita materiale liquido da una o più testine di stampa su una superficie, invece di inchiostro su una pagina. Ogni strato viene curato prima di essere impilato. Il jetting di materiale necessita di strutture di supporto costruite con materiale solubile in acqua che possono essere pulite dopo il completamento.
• Fusione a letto di polvere (PBF) è una tecnica in cui l'energia termica, come un laser o un fascio di elettroni, viene utilizzata per fondere selettivamente regioni di un letto di polvere per produrre strati, che vengono poi impilati per costruire un componente.
• Laminazione di fogli ha due tecnologie distinte: produzione di oggetti laminati (LOM) e produzione additiva ultrasonica (UAM). LOM utilizza strati alternati di materiale e adesivo per realizzare prodotti con appeal visivo ed estetico, mentre UAM combina fogli di metallo sottili utilizzando la saldatura ultrasonica.
• Polimerizzazione in vasca comprende stereolitografia (SLA) e elaborazione digitale della luce (DLP). Queste tecniche generano componenti strato per strato, utilizzando un laser per curare selettivamente la resina liquida in una vasca. SLA applica un laser a punto singolo o una fonte di luce ultravioletta (UV) per la cura, ma DLP proietta un'immagine singola di ogni strato completo sulla superficie della vasca.

Tecnologie di stampa 3D

Sinterizzazione, fusione e stereolitografia sono le tre forme principali di tecniche di stampa 3D.

1. Sinterizzazione è un processo che crea oggetti ad alta risoluzione riscaldando il materiale senza fonderlo. La polvere di metallo è utilizzata per la sinterizzazione laser diretta dei metalli. Le polveri termoplastiche sono utilizzate per la sinterizzazione laser selettiva.
2. Metodi di fusione della stampa 3D includono la fusione a letto di polvere, la fusione a fascio di elettroni e la deposizione di energia diretta. Queste tecniche impiegano laser, archi elettrici o fasci di elettroni per stampare oggetti fondendo materiali ad alte temperature.
3. Stereolitografia utilizza la fotopolimerizzazione per produrre parti. Questo metodo cura e solidifica selettivamente una sezione trasversale di un oggetto unendo la giusta fonte di luce con il materiale.

Vantaggi della stampa 3D

Rispetto alle tecniche di produzione convenzionali, la tecnologia di stampa 3D ha diversi vantaggi. Tra questi benefici ci sono quelli associati al design e al costo.

• La stampa 3D crea pezzi geometrici complessi e personalizzati che sono semplici e economici. Utilizza meno materiale rispetto ai processi di produzione sottrattiva, rendendola più economica. Inoltre, il costo di una parte è direttamente proporzionale al materiale, al tempo e alle procedure di post-elaborazione, rendendola un processo conveniente.
• I sistemi di progettazione assistita da computer (CAD) utilizzati nella stampa 3D rendono le modifiche ai prodotti semplici e preziose.
• Questa procedura è ideale per strumenti di prototipazione poiché consente piccoli lotti e produzione interna, portando a processi di produzione più rapidi che dipendono meno dalle catene di approvvigionamento.
• La stampa 3D utilizza spesso plastica e metalli, ma i componenti possono essere realizzati con materiali personalizzati. Ad esempio, materiali con forte resistenza al calore, impermeabilità o resistenza possono essere utilizzati per soddisfare requisiti specifici.
• Riduce drasticamente i tempi di consegna tramite just-in-time (JIT) e produzione su richiesta. Nel JIT, i prodotti vengono consegnati direttamente dal fornitore all'azienda, bypassando il magazzino. La produzione su richiesta comporta la fornitura di un prodotto giusto al cliente quando ne ha bisogno.

Limitazioni della stampa 3D

Sebbene i vantaggi della tecnologia di stampa 3D siano molti, gli utenti possono incontrare alcune di queste limitazioni comuni.

• Certi oggetti stampati in 3D, come quelli realizzati con metallo, sono forti, ma la maggior parte degli altri tende ad essere fragile. La costruzione strato per strato riduce la resistenza del 10-50% rispetto alla costruzione sottrattiva.
• La mancanza di economie di scala nella stampa 3D rende le produzioni su larga scala più costose. Inoltre, la stampa 3D non è ancora competitiva per la produzione ad alto volume.
• L'accuratezza delle parti stampate è determinata dalla macchina e dai metodi utilizzati. Le stampanti convenzionali con meno tolleranza per la deviazione possono produrre componenti significativamente diversi dai design.
• La maggior parte degli oggetti stampati in 3D richiede post-elaborazione. Questo può includere levigatura o lisciatura per ottenere una finitura desiderata, rimozione di supporti per costruire materiali nella forma desiderata, trattamento termico per ottenere qualità materiali specificate o finitura finale.
• Poiché la stampa 3D come tecnologia sta crescendo, una sfida importante che ne rallenta l'adozione è la mancanza di competenze ed esperienza nel campo.

Stampa 3D vs. stampaggio a iniezione vs. stampa in resina

La stampa 3D è un metodo di stampa additiva che stratifica il materiale per formare oggetti. Sebbene la stampa 3D sia un processo complessivamente più lento, è più veloce da impostare e consente frequenti modifiche al design. È più adatta per design complessi.

Lo stampaggio a iniezione utilizza uno stampo riempito con materiale fuso che si solidifica mentre si raffredda per generare parti. Il processo di stampaggio a iniezione è superiore per la produzione di massa con poco spreco di materiale.

La stampa 3D in resina è collettivamente conosciuta come polimerizzazione in vasca. Qui, una resina fotopolimerica liquida è conservata in una vasca. La maggior parte delle stampanti in resina include ciò che è noto come vasca, un contenitore con un foglio inferiore trasparente e flessibile, riempito con resina fotosensibile che si cura o indurisce quando esposta alla luce UV.

La resina produce caratteristiche più fini rispetto a qualsiasi stampante 3D regolare, e il prodotto finito richiede spesso meno lavoro di post-elaborazione. D'altro canto, le piastre di costruzione sono spesso più piccole, impedendo la creazione di oggetti più grandi.

Ogni processo di produzione ha i suoi meriti e possono essere utilizzati in combinazione.

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