La produzione additiva, o la stampa 3D, è stato un metodo popolare per creare prototipi dal 1980 e sta rapidamente diventando il modo più veloce e conveniente per creare beni di consumo personalizzati. Ma come funziona questa tecnologia alla moda?

Esistono diversi metodi di stampa 3D, ma il più utilizzato è un processo noto come Fused Deposition Modeling (FDM). Le stampanti FDM utilizzano un filamento termoplastico, che viene riscaldato fino al punto di fusione e quindi estruso, strato dopo strato, per creare un oggetto tridimensionale.

La tecnologia alla base di FDM è stata inventata nel 1980 da Scott Crump, co-fondatore e presidente di Stratasys Ltd., un produttore principale di stampanti 3D. Altre organizzazioni di stampa 3D da allora hanno adottato tecnologie simili con nomi diversi. La società MakerBot con sede a Brooklyn (ora di proprietà di Stratasys), è stata fondata su una tecnologia quasi identica nota come Fused Filament Fabrication (FFF).

Come funziona FDM

Gli oggetti creati con una stampante FDM iniziano come file CAD (Computer-Aided Design). Prima che un oggetto possa essere stampato, il suo file CAD deve essere convertito in un formato che una stampante 3D possa comprendere, di solito .Formato STL.

Le stampanti FDM utilizzano due tipi di materiali, un materiale di modellazione, che costituisce l’oggetto finito, e un materiale di supporto, che funge da impalcatura per supportare l’oggetto durante la stampa.

Durante la stampa, questi materiali assumono la forma di fili di plastica, o filamenti, che vengono srotolati da una bobina e alimentati attraverso un ugello di estrusione. L’ugello scioglie i filamenti e li estrude su una base, a volte chiamata piattaforma di costruzione o tavolo. Sia l’ugello che la base sono controllati da un computer che traduce le dimensioni di un oggetto in coordinate X, Y e Z per l’ugello e la base da seguire durante la stampa.

In un tipico sistema FDM, l’ugello di estrusione si sposta sulla piattaforma di costruzione orizzontalmente e verticalmente, “disegnando” una sezione trasversale di un oggetto sulla piattaforma. Questo sottile strato di plastica si raffredda e si indurisce, legandosi immediatamente allo strato sottostante. Una volta completato uno strato, la base viene abbassata-di solito di circa un sedicesimo di pollice-per fare spazio al successivo strato di plastica.

Il tempo di stampa dipende dalla dimensione dell’oggetto che viene prodotto. Piccoli oggetti — pochi centimetri cubici-e oggetti alti e sottili vengono stampati rapidamente, mentre oggetti più grandi e geometricamente complessi richiedono più tempo per essere stampati. Rispetto ad altri metodi di stampa 3D, come la stereolitografia (SLA) o la sinterizzazione laser selettiva (SLS), l’FDM è un processo abbastanza lento.

Una volta che un oggetto si stacca dalla stampante FDM, i suoi materiali di supporto vengono rimossi o immergendo l’oggetto in una soluzione di acqua e detergente o, nel caso di supporti termoplastici, rompendo il materiale di supporto a mano. Gli oggetti possono anche essere levigati, fresati, verniciati o placcati per migliorarne la funzione e l’aspetto.

Ciò che viene realizzato

FDM è popolare tra le aziende di una varietà di settori, dall’automotive (BMW, Hyundai, Lamborghini) alla produzione di beni di consumo (Black and Decker, Dial, Nestle). Queste aziende utilizzano FDM durante i loro processi di sviluppo del prodotto, prototipazione e produzione.

Il materiale di stampa più comune per FDM è l’acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS), un materiale termoplastico comune utilizzato per realizzare molti prodotti di consumo, dai mattoncini LEGO alle canoe whitewater. Insieme all’ABS, alcune macchine FDM stampano anche in altri materiali termoplastici, come il policarbonato (PC) o il polieterimmide (PEI). I materiali di supporto sono solitamente cera idrosolubile o termoplastici fragili, come il polifenilsulfone (PPSF).

I materiali termoplastici possono sopportare calore, sostanze chimiche e sollecitazioni meccaniche, il che li rende un materiale ideale per la stampa di prototipi che devono resistere ai test. E poiché FDM può stampare oggetti altamente dettagliati, è anche comunemente usato dagli ingegneri che hanno bisogno di testare le parti per adattarsi e formare.

FDM viene anche utilizzato per produrre parti di uso finale, in particolare parti piccole e dettagliate e strumenti di produzione specializzati. Alcuni materiali termoplastici possono anche essere utilizzati nel confezionamento di alimenti e farmaci, rendendo FDM un metodo di stampa 3D popolare nell’industria medica.

Le stampanti FDM professionali in genere costano tra $10.000 e $300.000, il che le rende una delle opzioni più economiche per le aziende che investono in un sistema di stampa 3D completo.

Aziende che utilizzano FDM

Mentre Stratasys è responsabile per inventare FDM, non è l’unica azienda che trae profitto da questa tecnologia. Negli ultimi due decenni, FDM è diventato il metodo di stampa 3D più utilizzato al mondo.

Molte aziende che producono stampanti FDM offrono anche una gamma di servizi di stampa 3D ai clienti, tra cui modellazione 3D esterna e stampa.

FDM a casa

Alcune stampanti FDM — come 3D System Cube, MakerBot Replicator e Stratasys’ Mojo — sono progettati per l’uso da hobbisti, inventori, fai-da-te e proprietari di piccole imprese. Sono piccoli, efficienti e facili da usare.

Ma avere una di queste stampanti 3D in casa non è economico. Il cubo è tra le stampanti FDM desktop più convenienti sul mercato a $1.299. Macchine di MakerBot sono ancora più costosi, che vanno nel prezzo da $2.549 a $3.299. E il Mojo di Stratasys costa poco meno di $10.000.

Tuttavia, questa tecnologia popolare sta diventando meno costosa in quanto le startup di stampa 3D, come il Pirate3D con sede in California, cercano di portare la tecnologia 3D nelle case dei consumatori medi. PIRATE3D’s Buccaneer, che uscirà a dicembre 2013, vende per soli $347.

Gli appassionati di 3D che non desiderano acquistare una stampante FDM desktop possono costruirne una propria. Ci sono molti siti che vendono kit e parti per il” replicating rapid-prototyper ” o RepRap, un progetto di progettazione di stampanti 3D open-source fondato presso l’Università di Bath nel Regno Unito Questa stampante FDM viene continuamente migliorata, ma l’obiettivo finale del progetto è quello di creare una stampante 3D in grado di stampare nuove copie di se stessa.

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• Argomento di LiveScience: Stampa 3D