Stampa 3D: cos’è e come funziona
La stampa 3D, nota anche come produzione additiva, è un processo di creazione di oggetti solidi tridimensionali a partire da un file digitale o da un modello di progettazione assistita da computer (CAD). Il processo di stampa avviene depositando, in genere sovrapponendo molteplici strati, un apposito materiale sotto il preciso controllo del computer. La stampa 3D è oggi una valida tecnologia utilizzata nella prototipazione e produzione industriale grazie alle sue caratteristiche di elevata precisione, ripetibilità e disponibilità di un’ampia gamma di materiali di supporto.
Le tecnologie più comunemente utilizzate per la creazione di un prodotto 3D sono oggi le seguenti:
- Fused Deposition Modeling (FDM): è una tecnica basata sulla fusione di un filamento di plastica e la sua estrusione strato per strato fino a comporre il risultato finale;
- Stereolithography Apparatus (SLA): la stereolitografia può essere considerata come la tecnologia da cui ha avuto origine la stampa 3D. Questa tecnica utilizza speciali resine polimerizzabili e sensibili agli UV che si solidificano sotto una sorgente luminosa, tipicamente un laser. Terminata la stampa, le parti in resina devono essere sottoposte a un processo di post-polimerizzazione in un’unità di polimerizzazione UV per ottenere i migliori risultati possibili.
La stampa 3D offre vantaggi significativi rispetto alle tecniche di stampaggio tradizionali, tra cui:
- Capacità di produrre forme o geometrie complesse che sarebbe impossibile creare a mano o con altre tecniche di produzione;
- Maggiore libertà nella fase di progettazione, che consente ai progettisti di realizzare e iterare i progetti in modo rapido ed economico;
- Possibilità di creare oggetti con parti cave o strutture interne a traliccio al fine di ridurre il peso complessivo dell’oggetto. Un esempio, che illustra le diverse fasi di stampa di un prodotto, è visibile in Figura 1.
Il processo di stampaggio inizia a livello molecolare, con la formazione del voxel. Nella stampa 3D, un voxel (abbreviazione di “pixel volumetrico”) rappresenta un punto specifico nello spazio tridimensionale con proprietà ben definite come colore, materiale, texture, trasparenza e altro ancora. Il concetto di voxel è simile a quello di pixel nelle immagini 2D, dove ogni pixel rappresenta un punto specifico nello spazio e ha un valore di colore corrispondente. Nella stampa 3D, il controllo e la modifica delle proprietà di ciascun voxel consentono di stampare oggetti con elevati livelli di dettaglio, di controllare le proprietà dei materiali e di eseguire una mappatura avanzata delle texture.
I materiali utilizzati nella stampa 3D possono variare notevolmente, a seconda della tecnologia e del risultato desiderato. Tradizionalmente, la stampa 3D si concentrava sui polimeri, ma oggi è possibile utilizzare metalli, ceramiche e persino alimenti.
I vantaggi della stampa 3D nella prototipazione rapida
La prototipazione rapida è il processo di creazione in tempi brevi di un modello fisico o di un prototipo di un prodotto utilizzando la stampa 3D o altre tecnologie di produzione. L’obiettivo della prototipazione rapida è creare un prototipo a basso costo e con elevato grado di fedeltà all’originale, che possa essere rapidamente iterato, testato e perfezionato prima di arrivare al prodotto finale.
La stampa 3D svolge un ruolo fondamentale nella prototipazione rapida perché consente ai progettisti di creare velocemente e facilmente modelli fisici dei loro progetti senza dover ricorrere a costosi utensili o processi di produzione. Con la stampa 3D, i progettisti possono trasformare rapidamente i loro progetti digitali in prototipi fisici, testarne la funzionalità e l’usabilità e apportare le modifiche necessarie. Ciò consente di accelerare i tempi di sviluppo dei prodotti, ridurre i costi e iterare i progetti più rapidamente, ottenendo prodotti migliori e tempi di commercializzazione più rapidi.
Una sintesi dei principali vantaggi offerti dalla stampa 3D nella prototipazione rapida è la seguente:
- Velocità: la tecnologia di stampa 3D consente la prototipazione rapida, il che significa che i progettisti possono creare e testare le parti più rapidamente rispetto ai metodi di produzione tradizionali;
- Economicità: La stampa 3D può essere efficace dal punto di vista dei costi per la prototipazione, perché elimina la necessità di utensili e stampi costosi che sono necessari con la produzione tradizionale;
- Flessibilità di progettazione: la tecnologia di stampa 3D consente ai progettisti di apportare modifiche ai loro progetti in modo rapido e semplice, il che può contribuire ad accelerare il processo di prototipazione;
- Personalizzazione: Con la stampa 3D è facile creare parti e prototipi personalizzati in modo rapido ed efficiente, senza la necessità di costose modifiche agli utensili;
- Controllo di qualità: la tecnologia di stampa 3D consente un maggiore controllo della qualità, offrendo ai progettisti la possibilità di reperire materiali di qualità superiore e di testare i loro progetti prima della produzione di massa;
- Il processo di stampaggio senza stampo consente di realizzare prototipi, piccoli lotti di preproduzione o prodotti finali senza la necessità di dover approntare un nuovo stampo nel caso al progetto originale vengano apportate delle modifiche;
- Riduzione degli sprechi: Con la stampa 3D, i progettisti possono creare solo le parti di cui hanno bisogno, riducendo notevolmente gli sprechi e migliorando la sostenibilità.
