Come scegliere una stampante 3D?

Le stampanti 3D sono macchine di produzione additiva, ossia fabbricano un oggetto, strato dopo strato, tramite deposizione, solidificazione o agglomerazione rispettivamente di materiale in filamenti, liquido o in polvere. Al contrario delle macchine utensili classiche, che permettono di realizzare un pezzo asportando del materiale tramite lavorazione meccanica, le stampanti 3D creano oggetti aggiungendo strati successivi di materiale. Oltre a ridurre i tempi di produzione rispetto ai processi di fabbricazione tradizionali, come la lavorazione meccanica, la stampa 3D garantisce alta precisione nella realizzazione di forme complesse.

A differenza dello stampaggio, in cui è necessario prima di tutto creare uno stampo, queste macchine operano direttamente a partire da un modello digitale che viene tagliato a”fette”, e in cui ogni “fetta” corrisponde ad uno strato di materiale.

Stampanti 3D: consultare i prodotti

Quali sono i materiali utilizzati per la stampa 3D?

Filamento PET per stampante 3D della marca Makerbot
Filamento PET per stampante 3D della marca Makerbot

I materiali impiegati variano a seconda del tipo di stampante 3D. A seguire troverete la lista dei materiali più frequentemente usati. Le tecnologie elencate qui sotto verranno descritte nella sezione successiva.

 

Aspetto del materiale di origine Tipo di materiale Tecnologia di stampa Uso previsto Particolarità Aspetto del pezzo finale
Filamento PLA (polimero di origine vegetale) FDMFFF Uso domestico

Uso professionale e industriale

Compatibilità alimentare Rugoso
ABS (termoplastica) Migliori caratteristiche meccaniche rispetto alla stampa PLA
PET (plastica poliestere traslucida) Buona resistenza meccanica
Polvere Poliammide SLS Prototipazione Ottimo livello di dettaglio

Compatibilità alimentare

Ceramica, vetro SLS

Binder jetting

Laboratori di ricercaDesign Compatibilità alimentare
Alumide (miscela di poliammide e alluminio) DMLS

EBM

Prototipazione Buone caratteristiche meccaniche
Titanio, acciaio inossidabile, alluminio, cobalto, ferro, bronzo, ecc. Prototipazione

Piccole serie

Aeronautica

Automotive

Buone caratteristiche meccaniche
Argento, platino, oro, ecc. Gioielleria
Liquido Cera SLA

DLP

Polyjet

MJM

Gioielleria

Odontoiatria

Modellismo

Ottimo livello di dettaglio

Fragile

Liscio
Resina polimerica Prototipazione

Piccole serie

Settore medico

Liscio

Tinto (direttamente nella massa)

Molte ricerche sono in corso per rimpiazzare i materiali attualmente utilizzati, come l’ABS, fabbricato a partire da derivati del petrolio, e il PLA, un sottoprodotto dall’agricoltura intensiva, con materiali più rispettosi dell’ambiente, come l’argilla, il fango, la pasta di legno, i cereali prodotti localmente (VGA) o le alghe (SWF). Nel campo dell’edilizia o dell’ingegneria civile, stanno emergendo anche stampanti 3D in grado di utilizzare apposite malte.

Quali sono le principali tecniche di stampa 3D?

 

Tecnologia di stampa Principio di funzionamento Caratteristiche  e applicazioni
FDM (Fused Deposition Modelling) Modellazione a deposizione fusa Le stampanti 3D scaldano un filamento (PLA, ABS, PET, ecc.) al fine di ammorbidirlo e renderlo malleabile per poi depositarlo, strato dopo strato, su un apposito vassoio.

Qualora il pezzo da realizzare sia particolarmente fragile in certi punti (come, per esempio, può esserlo un tavolino con un piede molto stretto), sarà necessario prevedere dei supporti che verranno poi rimossi una volta terminata la fabbricazione.

Stampanti di largo consumo. Questa tecnologia viene utilizzato nella prototipazione, per esempio nella fabbricazione di pezzi di ricambio unici nell’ambito del servizio post-vendita.

Queste stampanti sono in grado di raggiungere un buon livello di precisione, ma per pezzi complessi vi consigliamo di optare per la tecnologia SLS.

FFF (Fused Filament Fabrication) Fabbricazione a fusione di filamento
SLS (Selective Laser Sintering) Sinterizzazione laser selettiva Queste stampanti 3D si avvalgono di un raggio laser che sinterizza, ossia scalda, agglomera o solidifica un materiale in polvere (poliammide, ceramica o vetro), strato per strato, per produrre pezzi talvolta anche complessi. La tecnologia SLS fa sì che non ci sia bisogno di ricorrere a supporti anche qualora il pezzo da realizzare presenti dei punti di particolare fragilità perché questi ultimi poggiano sulla polvere stessa. I pezzi stampati hanno generalmente un aspetto finemente granuloso e, per ottenere un buon livello di finitura, è necessario sottoporli a un’operazione di pulitura meccanica.I pezzi fabbricati con questa tecnologia presentano buone caratteristiche meccaniche.
DMLS (Direct Metal Laser Sintering) Sinterizzazione laser diretta di metalli Le stampanti 3D DMLS utilizzano un raggio laser che sinterizza, strato per strato, un materiale in polvere (acciaio, acciaio inossidabile, cobalto-cromo, alluminio, titanio, ecc.) per produrre pezzi anche molto complessi. Questi modelli trovano sempre più largo impiego in settori di punta come l’aeronautica, l’automotive e il settore medico.

Sebbene rappresentino un investimento iniziale significativo e comportino costi di manutenzione elevati, le stampanti DMLS permettono di produrre pezzi molto complessi, con caratteristiche meccaniche paragonabili a quelle dei pezzi ottenuti in modo tradizionale (lavorazione meccanica o fusione).

EBM (Electron Beam Melting)
Fusione a fascio di elettroni
Le stampanti 3D utilizzano un fascio di elettroni che solidifica, strato per strato, un materiale in polvere (acciaio, cobalto-cromo, alluminio, titanio, ecc.) per produrre pezzi molto complessi che sarebbe impossibile produrre in altro modo. La fabbricazione avviene sottovuoto per evitare che la polvere che non è stata utilizzata, ossidandosi, si solidifichi. In questo modo, tali residui di materiale possono essere riutilizzati immediatamente.

Questa tecnologia, che consente di stampare esclusivamente usando materiali conduttori, è più rapida ma un po’ meno precisa rispetto alla tecnologia a laser (DMLS).

Stereolitografia (SLA) Queste stampanti 3D si avvalgono di un raggio ultravioletto in grado di solidificare le resine e creare con grande precisione pezzi che si distinguono anche per un ottima finitura di superficie. Il successo di questa tecnologia è dovuto alla sua rapidità, che si rivela utile sia nella prototipazione che nella fabbricazione di stampi.
DLP (Digital Light Processing) Polimerizzazione di resine tramite luce Questa tecnologia si avvale di un proiettore che non ha bisogno di spostarsi orizzontalmente. Le stampanti DLP stampano più rapidamente rispetto ai modelli SLA.
Polyjet Queste stampanti associano l’emissione di una luce ultravioletta alla proiezione di microgocce di materiale polimerico, il quale si indurisce per effetto della luce ultravioletta. Questo processo permette di associare materiali con caratteristiche meccaniche diverse (ad esempio materiali rigidi e materiali flessibili).Le stampanti DLP trovano impiego nella fabbricazioni di giocattoli così come nell’industria aerospaziale.
MJM (Multijet modelling)
Modellazione a getto multiplo
Le stampanti 3D MJM spruzzano del materiale liquido che poi, raffreddandosi, si solidifica. Queste macchine sono dotate di diverse teste di impressione, una delle quali è utilizzata per creare il supporto (ad esempio, in cera) contemporaneamente alla fabbricazione del pezzo. I pezzi realizzati con questa tecnologica si contraddistinguono per l’alta precisione. Questa tecnologia, che a seconda del numero di teste di impressione consente di stampare usando più materiali, trova largo impiego nella fabbricazione di stampi per la gioielleria, per l’edilizia e l’ingegneria civile.
BJ (Binder jetting)
Deposizione di legante chimicoPBD (Powder Binding Printing)
Stampa 3D a getto d’inchiostro
Queste stampanti spruzzano un legante, che può essere colorato, su una polvere che a sua volta viene depositata strato dopo strato. Questa tecnologia consente di realizzare pezzi colorati molto complessi. Il processo di fabbricazione, tuttavia, produce residui di polvere che vanno rimossi tramite aspirazione o soffiaggio.

Quali sono le principali applicazioni delle stampanti 3D?

Stampante 3D della marca HP
Stampante 3D della marca HP

Le stampanti 3D sono state utilizzate in un primo tempo nel settore industriale per la prototipazione, ma i settori medico e odontoiatrico si sono rapidamente interessati a questa tecnologia, sia per la biostampa (fabbricazione di strutture cellulari) che per la fabbricazione di protesi.

Anche le industrie legate al trasporto, come l’aeronautica, l’aerospaziale, il trasporto marittimo e l’automotive si rivolgono con sempre maggior frequenza alla stampa 3D perché permette di realizzare pezzi più leggeri con caratteristiche equivalenti, se non addirittura superiori, rispetto a quelli fabbricati in maniera tradizionale.

Questa tecnologia trova largo impiego anche nel settore dell’architettura e dell’ingegneria civile, nella realizzazione di modelli così come nella costruzione di edifici e infrastrutture, ad esempio nella costruzione di ponti.

Quali sono i vantaggi della stampa 3D?

Grazie alla stampa 3D è possibile lavorare direttamente a partire da un file CAD (ad esempio il file 3D di uno studio di ingegneria) e, al contempo, minimizzare la quantità di materiale necessario per fabbricare il pezzo. Le macchine utensili tradizionali, al contrario, generano molti residui che, a operazione terminata, è necessario riciclare. Inoltre, le stampanti 3D non richiedono alcun tipo di lubrificazione e, di conseguenza, hanno un impatto ecologico decisamente minore.

Un altro vantaggio della stampa 3D è quello di poter creare pezzi molto complessi in termini di forma che sarebbero difficili da realizzare con i processi tradizionali (lavorazione meccanica, forgiatura o stampaggio tradizionale). Inoltre, grazie al progresso tecnologico, le stampanti 3D consentono di realizzare pezzi sempre più grandi.

Inizialmente destinata alla prototipazione, oggi la stampa 3D, essendo in grado di realizzare pezzi leggermente diversi tra loro, rende possibile la personalizzazione di massa nonché la fabbricazione in piccole serie a prezzi competitivi. Grazie alla stampa 3D ad alta velocità, inoltre, i tempi di produzione si stanno progressivamente accorciando e ciò, a sua volta, consente di produrre delle serie medie e grandi a breve e medio termine.

L’aspetto esteriore dei pezzi stampati è uno dei rari problemi della stampa 3D. I pezzi che, sul prodotto finito, saranno visibili dovranno essere lisciati meccanicamente. La finitura dei pezzi interni, invece, ad esempio degli ingranaggi, non dovrà necessariamente essere perfetta. Questi pezzi, quindi, potranno essere usati senza che sia necessario procedere a lavori di rifinitura.

Vantaggi della stampa 3D:

  • Riduzione dei costi di produzione
  • Riduzione dei tempi di fabbricazione
  • Minori possibilità di errore
  • Produzione su misura

Quali sono le tendenze del mercato?

Stampante 3D della marca Shining 3D
Stampante 3D della marca Shining 3D

Quello della stampa 3D è un mercato in piena evoluzione. I primi modelli di stampanti 3D erano in grado di produrre esclusivamente pezzi monomateriale di piccole dimensioni e dalle proprietà meccaniche ridotte. Oggi, invece, iniziano ad apparire sul mercato modelli multimateriale ed altri in grado di realizzare oggetti di grandi dimensioni. Queste innovazioni lasciano presagire che, a breve, le stampanti 3D potranno fabbricare veri e propri organi destinati ai trapianti così come prodotti completi multimateriale e pronti all’uso per i settori dell’industria e dell’architettura. Un altro mercato particolarmente promettente per la stampa 3D è quello delle riparazioni. Alcuni grandi marchi di elettrodomestici, ad esempio, propongono dei pezzi di ricambio stampati in 3D.

Sul mercato delle stampanti 3D hanno fatto la loro apparizione anche alcune macchine ibride, più precisamente delle macchine CNC dotate di teste di stampa 3D. Queste macchine possono sfruttare diverse tecnologie, come la produzione additiva con Wire (WAAM, dall’inglese Wire-arc additive manufacturing), che è un processo di saldatura additivo usato soprattutto per realizzare pezzi in titanio.

I privati sono sempre più numerosi a fare l’acquisto di una stampante 3D e rappresentano ormai una parte non trascurabile del mercato di queste macchine. Tuttavia, è possibile che, in futuro, i privati si rivolgano in sempre maggior numero ai Fab Lab, perché, oltre a mettere a disposizione del pubblico le loro stampanti 3D, offrono anche consigli e servizi complementari.

In ambito industriale, invece, assistiamo allo sviluppo di stampanti in grado di lavorare materiali altamente tecnici e di produrre pezzi di grandi dimensioni. Oggi, oltre alle macchine, gli industriali propongono anche dei servizi di stampa 3D. I loro centri di stampa mettono a disposizione dei clienti diverse tecnologie di stampa senza che questi debbano sostenere il costo dell’investimento.

Quanto costa una stampante 3D?

Per comparare i prezzi delle stampanti 3D, è necessario distinguere le macchine destinate ai privati e quelle ad uso industriale. Le stampanti 3D ad uso industriale si distinguono da quelle destinate ai privati per il loro volume e la loro velocità di stampa, per il livello sonoro nonché per i materiali che sono in grado di lavorare.

Tra le stampanti destinate ai privati, a partire da 300 euro è possibile trovare dei modelli FDM in grado di stampare pezzi in acido polilattico (PLA) in monofilamento e di raggiungere un volume massimo di 200x200x200 mm e una precisione di 100 micron.

Tra le stampanti destinate ai professionisti, invece, troviamo modelli FDM in grado di stampare pezzi in PLA o ABS in bifilamento e di raggiungere un volume massimo di 200x200x300 mm e una precisione di 50 micron a partire da 4.000 euro. I prezzi delle stampanti stereolitografiche sono compresi tra 10.000 e 15.000 euro. Il prezzo di una stampante in grado di realizzare pezzi in metallo, invece, sarà superiore a 100.000 euro.