Come funziona una stampante 3D

Dicembre 2016

La stampante 3D è un dispositivo di cui si sente parlare sempre più spesso, che sta per invadere l’industria tradizionale, e soprattutto, crearne un nuovo tipo, l’industria collaborativa. Ma come funziona una stampante 3D e perché la sua evoluzione è così rivoluzionaria? In questa guida illustreremo le principali caratteristiche della stampante 3D.


I criteri della stampante 3D

Prima di tutto bisogna definire che la stampante 3D è un processo di fabbricazione additiva, che si differenzia dai processi di fabbricazione classica, sottrattiva: come nel processo di creazione del mobile, dove l’artigiano forgia il suo modello da un pezzo di legno, o il macchinista di fabbrica che crea il suo pezzo da una base di metallo più ampia. Esattamente all’opposto di questi processi si posiziona la stampante 3D che funziona con l’aggiunta localizzata di materiale, con il solo obiettivo di creare la parte finale funzionale.


In questo modo non si ha nessuna perdita di materia prima (ad esclusione del supporto). In concreto come funziona una stampante 3D? Per fabbricare un pezzo fisico tridimensionale, tutti i dispositivi devono avere un piano di supporto sul quale verrà creato il pezzo e una testina, o ugello, di stampa che muovendosi sul piano incide la materia. La stampante, in questo modo, non fa altro che stampare su un unico piano, in più fasi, creando degli strati che costituiranno il volume del pezzo.

I principali tipi di stampante 3D

FDM

Il metodo più comune è quello del FDM (Fused Deposition Modeling) che crea depositando un filamento di plastica fusa sul supporto stampa o sul pezzo da stampare. In queste stampanti un ugello si muove su un piano d’estrusione, rilasciando un filamento di plastica calda che depositato, si solidifica sul livello precedente. La maggior parte delle stampanti 3D utilizza questo processo, utilizzando delle plastiche di tipo PLA o ABS, che consentono di creare un prototipo di prodotto in maniera rapida, o per produrre dei pezzi funzionali per il bricolage, la decorazione o il modellismo.

Ecco un video dimostrativo: Come funzione stampante 3D FDM. Per maggiori informazioni, in questo articolo la classifica delle migliori 10 stampanti FDM 2016.

SLA

Questo processo di stampa ha iniziato ad affacciarsi al grande pubblico con delle stampanti come la 1200 Project o la Formlab, destinata ai settori professionali ma abbordabile anche dai privati. Il processo SLA (StereoLithography Apparatus) associa una resina liquida foto sensibile ad un fascio di luce ultravioletta per solidificare la resina. Per ogni strato di stampa l’apparecchio impostala resina liquida UV che solidifica saldandosi al livello precedente. Questo metodo viene usato, già da qualche anno, nel settore odontoiatrico e nella gioielleria.

Una seleziona dei migliori tipi di queste stampanti lo si trova a questo indirizzo: Migliori stampanti 3D SLA.

SLS

Abbandonato dal settore industriale, poiché molto costoso e tecnico, per un privato, il processo SLS (Selective Laser Sintering) utilizza un laser che fonde una polvere, che a sua volta si solidifica sullo strato precedente. Questa tecnologia consente di lavorare bene sia la cera che i metalli, tanto che i primi pezzi metallici funzionali dell’industria sono fabbricati con questo processo. Per approfondimenti ecco un video illustrativo sulle stampanti 3D SLS.

Come funziona una stampante 3D

A differenza dei centri di lavoro utilizzati in industria, le stampanti 3D non vengono pilotate, ma funzionano in maniera del tutto autonoma, mentre i pezzi di fabbrica sono prima progettati con un software CAO. Il file 3D del prodotto viene poi trattato da un software di “slicing” che lo divide in sezioni, di cui ognuna rappresenta una prospettiva differente della pezzo modellato. Ovviamente più strati ci saranno più la superficie del pezzo sarà di buona qualità e liscio. Il file STL infine, viene inviato alla stampante 3D che successivamente stamperà tutte le sezioni, per portare poi ad un modello fisico concreto completo.

Esempio di stampa 3D

La produzione di un prodotto inizia con la creazione del modello con un software informatico. Nel nostro esempio, un anello creato da un software CAO:




Visuale del prodotto sul software CAO

Il modello 3D dell’anello è registrato in formato STL prima di essere inviato ad un software dell’interfaccia della stampante 3D. Il software consente di posizionare il pezzo sul piatto di stampa della macchina e di sistemare i supporti di stampa. È possibile scegliere la posizione del pezzo sul piatto di stampa e di configurare il numero, le dimensioni e la posizione dei supporti:



Visuale del pezzo sul piatto di stampa nel software dell’interfaccia della stampante

Questo software di comando della stampante 3D, dividerà l’ambiente del piatto di stampa (i pezzi e i supporti) in sezioni e li invierà alla stampante, per la stampa successiva:



Visuale del modello in resina stampato con stampa 3D

Il pezzo stampato viene successivamente staccato dai supporti per continuare il processo di fabbricazione a lui corrispondente:



Visuale del prodotto finito creato a partire dal modello stampato in 3D

I costi di una stampante 3D

Se si desidera acquistare una stampante 3D il paragone del prezzo delle macchine non deve essere limitato al solo prezzo d’acquisto. Queste stampanti, infatti, hanno bisogno di materiali di consumo che possono essere spese costose e non visibili al momento dell’acquisto. Nel caso delle stampanti di tipo FDM, ad esempio, anche se le materie prime hanno prezzi abbordabili, le cartucce di ricarica possono essere rivendute più care del prezzo del mercato dal costruttore, che limita la capacità di fornitura da altri, poiché all’interno di queste cartucce, inserisce dei chip elettronici. Per queste ragione è bene verificare che queste macchine accettino i materiali di terzi, e confrontare il prezzo per ricariche al chilo.


Per le stampanti SLA il costo delle resine può variare da 200 a 1300 euro il litro a seconda dell’utilizzo professionale o non. Per questi modelli alcuni produttori obbligano i loro clienti a utilizzare le loro resine integrando anch’essi dei chip sulle ricariche della stampante. Una macchina come Formlab accetta terzi fornitori di resine, proprio per consolidare il proprio successo (vedi fonte della foto) ma allo steso tempo, necessita una regolare manutenzione del cassetto di stampa che genera un costo, al contrario di una 1200 Project, che utilizza cartucce intercambiabili:



La foto mostra una cartuccia della stampante 1200 Projet con il suo microchip elettronico


Foto: © scanrail - 123RF.com

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