Stampa 3D: Cosa devi sapere

Non sono la stampante a margherita di tuo nonno, o la matrice di punti di tua madre. In effetti, hanno poca somiglianza con le stampanti per documenti o foto di oggi, che possono stampare solo in noiose due dimensioni. Come suggerisce il loro nome, le stampanti 3D possono costruire oggetti tridimensionali, da una varietà di materiali. Si stanno diffondendo, comparendo presso rivenditori come Staples, Best Buy e Home Depot, e si possono acquistare numerose stampanti 3D e le loro forniture su Amazon.com e attraverso altri punti vendita online. Anche se si trovano ancora per lo più nei negozi o negli studi di design, nelle scuole e nei centri comunitari, e nelle mani degli hobbisti, le stampanti 3D si trovano sempre più spesso sui banchi da lavoro, nelle sale giochi e nelle cucine – e forse in una casa vicino a te, se non nella tua.

Che cos’è la stampa 3D?

Nella sua forma più elementare, la stampa 3D è un processo di produzione in cui il materiale viene steso, strato dopo strato, per formare un oggetto tridimensionale. (Questo è considerato un processo additivo perché l’oggetto viene costruito da zero, al contrario dei processi sottrattivi in cui il materiale viene tagliato, forato, fresato o lavorato). Anche se le stampanti 3D utilizzano una varietà di materiali (come la plastica o il metallo) e tecniche (vedi “Come funziona la stampa 3D?” qui sotto), condividono la capacità di trasformare i file digitali contenenti dati tridimensionali – creati con un programma di progettazione assistita dal computer (CAD) o di produzione assistita dal computer (CAM), o da uno scanner 3D – in oggetti fisici.

La stampa 3D è anche stampa?

Sì, la stampa 3D può essere considerata stampa, sebbene non come è stata tradizionalmente definita. Le definizioni rilevanti di Webster’s di “stampa” si concentrano sulla produzione di materiale stampato, pubblicazioni o fotografie, e la produzione per mezzo di impressione (l’applicazione di pressione). Nessuna delle due definizioni si adatta davvero alla stampa 3D. Ma da un punto di vista tecnologico, la stampa 3D è una derivazione della stampa tradizionale, in cui viene applicato uno strato di materiale (di solito inchiostro). Di solito è così sottile che non si nota l’altezza (anche se con le stampanti a inchiostro solido, è un po’ più spesso). Ciò che la stampa 3D fa è estendere notevolmente quell’altezza attraverso l’applicazione di più strati. Quindi avrebbe senso espandere la definizione di stampa per includere la fabbricazione di oggetti tridimensionali in questo modo.

Come funziona la stampa 3D?

Come le stampanti tradizionali, le stampanti 3D usano una varietà di tecnologie. La più comunemente conosciuta è la modellazione a deposizione fusa (FDM), conosciuta anche come fabbricazione a filamento fuso (FFF). In essa, un filamento composto da acrilonitrile butadiene stirene (ABS), acido polilattico (PLA), o un’altra termoplastica, viene fuso e depositato a strati attraverso un ugello di estrusione riscaldato. Le prime stampanti 3D ad arrivare sul mercato, realizzate a metà degli anni ’90 da Stratasys con l’aiuto di IBM, usavano FDM (un termine registrato da Stratasys), come la maggior parte delle stampanti 3D orientate ai consumatori, agli hobbisti e alle scuole.

Un’altra tecnologia usata nella stampa 3D è la stereolitografia. In essa, un laser UV viene fatto brillare in una vasca di fotopolimero sensibile agli ultravioletti, tracciando l’oggetto da creare sulla sua superficie. Il polimero si solidifica ovunque il raggio lo tocchi, e il raggio “stampa” l’oggetto strato per strato secondo le istruzioni del file CAD o CAM da cui sta lavorando.

In una variazione di questo, c’è anche la stampa 3D con proiettore di luce digitale (DLP). Questo metodo espone un polimero liquido alla luce di un proiettore digitale. Questo indurisce il polimero strato per strato fino a quando l’oggetto è costruito, e il polimero liquido rimanente viene drenato via.

La modellazione multi-getto è un sistema di stampa 3D simile al getto d’inchiostro che spruzza un legante colorato, simile alla colla, su strati successivi di polvere dove l’oggetto deve essere formato. Questo è tra i metodi più veloci, e uno dei pochi che supporta la stampa multicolore.

È possibile modificare un getto d’inchiostro standard per stampare con materiali diversi dall’inchiostro. Autocostruttori intraprendenti hanno costruito o modificato le testine di stampa, generalmente testine piezoelettriche, per lavorare con vari materiali – in alcuni casi stampando le testine stesse su altre stampanti 3D! Aziende come MicroFab Technologies vendono testine di stampa 3D (così come sistemi di stampa completi).

La sinterizzazione laser selettiva (SLS) usa un laser ad alta potenza per fondere particelle di plastica, metallo, ceramica o vetro. Alla fine del lavoro, il materiale rimanente viene riciclato. La fusione a fascio di elettroni (EBM) utilizza – avete indovinato – un fascio di elettroni per fondere la polvere di metallo, strato per strato. Il titanio è spesso usato con l’EBM per sintetizzare impianti medici, così come parti di aerei.

A seconda della tecnica, le stampanti 3D possono utilizzare una varietà di materiali, tra cui, ma non solo, metalli (acciaio inossidabile, saldatura, alluminio e titanio tra questi); plastiche e polimeri (compresi i compositi che combinano la plastica con metalli, legno e altri materiali); ceramica, gesso, vetro e persino prodotti alimentari come formaggio, glassa e cioccolato! (Vedi il nostro primer sui tipi di filamento delle stampanti 3D.)

Chi ha inventato la stampa 3D?

La prima stampante 3D, che utilizzava la tecnica della stereolitografia, fu creata da Charles W. Hull a metà degli anni ’80. La stereolitografia è stata tradizionalmente una tecnica commerciale costosa, con macchine dal costo di cinque e anche sei cifre, ma gli ultimi anni hanno visto l’avvento di stampanti professionali da tavolo per la stereolitografia che costano poche migliaia di dollari, così come sistemi di consumo che partono ben al di sotto dei mille dollari.

Nel 1986, Hull ha fondato 3D Systems, una società che oggi vende stampanti 3D che utilizzano una varietà di tecnologie. Si va dai kit entry-level ai sistemi commerciali avanzati, e 3D Systems fornisce anche servizi di parti su richiesta, soprattutto per gli utenti aziendali.

Quali sono i vantaggi della stampa 3D?

Con la stampa 3D, i progettisti hanno la possibilità di trasformare rapidamente i concetti in modelli 3D o prototipi (noto come “prototipazione rapida”), e implementare modifiche rapide al design. Permette ai produttori di produrre prodotti su richiesta piuttosto che in grandi serie, migliorando la gestione dell’inventario e riducendo lo spazio del magazzino. Le persone in luoghi remoti possono fabbricare oggetti che altrimenti sarebbero inaccessibili per loro.

Da un punto di vista pratico, la stampa 3D può risparmiare denaro e materiale rispetto alle tecniche sottrattive, dato che pochissima materia prima viene sprecata. E promette di cambiare la natura della produzione, permettendo ai consumatori di scaricare i file per stampare anche oggetti 3D complessi – compresi, per esempio, i dispositivi elettronici – a casa loro.

Cosa possono fare le stampanti 3D?

I designer usano le stampanti 3D per creare rapidamente modelli di prodotti e prototipi, ma sono sempre più utilizzate anche per realizzare prodotti finali. Tra gli oggetti realizzati con le stampanti 3D ci sono disegni di scarpe, mobili, fusioni in cera per fare gioielli, strumenti, treppiedi, articoli da regalo e novità, e giocattoli. Le industrie automobilistiche e dell’aviazione usano le stampanti 3D per fare parti. Gli artisti possono creare sculture e gli architetti possono fabbricare modelli dei loro progetti. Gli archeologi stanno usando le stampanti 3D per ricostruire modelli di artefatti fragili, comprese alcune delle antichità che negli ultimi anni sono state distrutte dall’ISIS. Allo stesso modo, i paleontologi e i loro studenti possono duplicare scheletri di dinosauri e altri fossili. Dai un’occhiata alla nostra galleria di oggetti semplici e pratici stampati in 3D.

I medici e i tecnici sanitari possono utilizzare la stampa 3D per realizzare protesi, apparecchi acustici, denti artificiali e innesti ossei, così come replicare modelli di organi, tumori e altre strutture corporee interne da scansioni CT in preparazione per la chirurgia. Un buon esempio è il Progetto Daniel, che stampa in 3D braccia e mani protesiche per le vittime della violenza in Sudan. Inoltre, le stampanti 3D in fase di sviluppo che possono stendere strati di cellule per creare organi artificiali (come reni e vasi sanguigni) sono già in fase di R&D. C’è anche un posto per la stampa 3D nella medicina legale, ad esempio per replicare un proiettile alloggiato all’interno di una vittima.

L’elettronica stampata è un insieme di metodi di stampa che permettono di stampare dispositivi o circuiti elettronici su materiali flessibili come etichette, tessuti e cartone, mediante l’applicazione di inchiostri elettronici o ottici. Fornisce una fabbricazione a bassissimo costo di dispositivi a basse prestazioni. L’elettronica stampata sta cominciando ad essere combinata con la stampa 3D, permettendo la stampa di circuiti o dispositivi a strati. Una naturale conseguenza di questa potente combinazione è che un giorno si potrebbe essere in grado di stampare gadget da progetti 3D piuttosto che comprarli.

La preparazione del cibo è un altro modo in cui le stampanti 3D possono essere utilizzate. L’Istituto culinario francese ha utilizzato una stampante 3D open-source Fab@Home sviluppata alla Cornell University per preparare prelibatezze artistiche, e il MIT ha creato una stampante alimentare 3D chiamata Cornucopia. Un piccolo numero di ristoranti sta testando prototipi di stampanti alimentari. La ricerca della NASA sulla stampa 3D ha incluso la stampa del cibo, come la pizza stampata in 3D.

Una manciata di stampanti 3D alimentari sono diventate disponibili in commercio. Tendono a concentrarsi su particolari prodotti alimentari, come il cioccolato, o i pancake, o i biscotti.

Che cosa sono i servizi di stampa 3D?

Non è necessario possedere una stampante 3D per beneficiarne. Molti servizi di stampa 3D, come Shapeways e Sculpteo, stampano regali e altri piccoli oggetti su ordinazione con le loro stampanti 3D, poi li spediscono al cliente. I clienti possono inviare i propri file di oggetti 3D o scegliere oggetti, la maggior parte dei quali progettati da altri utenti del servizio, da un catalogo online.

Ma i servizi di stampa 3D non sono più solo il dominio degli specialisti. Grandi aziende come UPS hanno introdotto servizi di stampa 3D, e alcune tipografie tradizionali hanno aggiunto la stampa 3D on-demand al loro repertorio.

Dove posso trovare una stampante 3D?

La maggior parte dei produttori di stampanti 3D vendono i loro prodotti direttamente online. Molti rivenditori online ora li hanno in stock, comprese le aziende solo online come Amazon.com, e altri che hanno anche negozi brick-and-mortar. Alcuni di questi ultimi, come Walmart, Best Buy, e Staples, li offrono nei negozi oltre che online, ma assicuratevi di controllare la disponibilità del negozio sui loro siti web, perché non tutti i punti vendita li portano. Diversi negozi di stampanti 3D hanno aperto nelle principali città. Per esempio, iMakr ha vetrine a Londra e New York City.

Alcuni rivenditori online sono specializzati in stampanti 3D, come Dynamism, che vende una gamma di stampanti 3D di diverse marche e fornisce anche assistenza clienti.

Di quale software ho bisogno per la stampa 3D? Questi tipi di file possono essere prodotti dalla maggior parte dei software CAD, dai costosi pacchetti commerciali come AutoCAD ai prodotti gratuiti o open-source come Google SketchUp e Blender. Per coloro che non sono inclini a creare i propri file 3D, i database di oggetti 3D come Thingiverse di MakerBot offrono numerosi file di oggetti 3D che possono essere scaricati e stampati.

La maggior parte delle stampanti 3D viene fornita con una suite software, fornita su disco o disponibile per il download, che include tutto il necessario per la stampa. Le suite in genere forniscono un programma per controllare la stampante e uno slicer, che, in preparazione per la stampa, formatta il file dell’oggetto in strati in base alla risoluzione selezionata e altri fattori. Alcune suite includono un programma per “curare” il file oggetto correggendo i problemi che potrebbero interferire con una stampa senza problemi. I programmi sono nati dal movimento open-source RepRap, da cui si è sviluppata la stampa 3D hobbistica. Con alcune stampanti, è possibile scegliere i programmi dei singoli componenti da scaricare piuttosto che andare con quello che viene fornito nella suite.

Che cosa riserva il futuro alla stampa 3D?

Una varietà di stampanti 3D per le case e le piccole imprese è facilmente disponibile -CMag ne ha recensito un buon numero – ma sono ancora spesso visti come esotici, e piuttosto costosi, aggeggi. Aspettatevi che questo cambi nei prossimi anni, quando le stampanti 3D diventeranno più comuni nelle case per essere trovate sui banchi da lavoro, negli studi, negli uffici domestici e persino in cucina. Forse non le troverete in ogni casa, ma diventeranno indispensabili per quelle persone che le hanno. Per la maggior parte, gli oggetti realizzati con le stampanti 3D hanno avuto interni omogenei, ma inizieremo a vedere creazioni più complesse che combinano più materiali e compositi, così come l’elettronica stampabile. Con le stampanti 3D di oggi, se perdete il coperchio della batteria del vostro telecomando, potrebbe essere possibile stampare un coperchio sostitutivo. Con quelle di domani, se perdete il vostro telecomando, forse sarete in grado di stampare un intero nuovo telecomando.

Inoltre, la stampa 3D sta prendendo piede nello spazio. La NASA sta sperimentando le stampanti 3D a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Alla fine, le stampanti 3D potrebbero essere usate per creare habitat su Marte e altri mondi. Per salvare gli astronauti dell’Apollo 13 dalla morte per asfissia da monossido di carbonio, la NASA ha dovuto in effetti trovare un modo per inserire un piolo quadrato in un buco rotondo. Se ci fosse stata una stampante 3D a bordo, avrebbero potuto risolvere facilmente il problema progettando e stampando un connettore.

Gli astronauti non possono fare un salto da Home Depot se hanno bisogno di sostituire una valvola o un widget, ma una stampante 3D potrebbe fabbricarne uno secondo necessità. Allo stesso modo, vedremo stampanti 3D nelle basi antartiche e in altri luoghi remoti della Terra, dove la gente non può aspettare sei mesi per il prossimo rifornimento per sostituire parti essenziali o strumenti.

Le applicazioni mediche della stampa 3D non si fermano a protesi, apparecchi acustici e corone dentarie. (Vedere “Cosa possono fare le stampanti 3D?” sopra per un’anteprima di ciò che è in lavorazione). Le parti di ricambio non devono essere limitate alla meccanica.

Negli ultimi anni, abbiamo visto un’esplosione nella varietà e negli usi delle stampanti 3D. È simile a dove si trovava il personal computing nel 1980 circa. Anche se è abbastanza facile vedere alcune delle aree in cui si ramificherà il campo della stampa 3D, altre sono al di là della nostra capacità di prevedere, proprio come nessuno nel 1980 avrebbe potuto immaginare molto di ciò che sarebbe diventato il personal computer. È possibile che la stampa 3D non abbia lo stesso impatto del PC a livello del consumatore, della vita quotidiana, ma ha il potenziale per rivoluzionare la produzione e, forse più importante, portarla nelle mani dei consumatori comuni. Una cosa è certa, però: la stampa 3D è qui per restare.

Quali stampanti 3D dovrei guardare, per cominciare?

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