La stampa 3D, o tecnologia additiva, ha visto una significativa crescita sin dalla sua introduzione negli anni ’80. Inizialmente concepita per la prototipazione rapida, questa tecnologia si è estesa a numerosi settori, come l’automotive, l’aerospaziale, la sanità, la moda e molti altri. Questa evoluzione tecnologia ha il potenziale per trasformare significativamente il panorama delle piccole e medie imprese, aprendo nuove opportunità, ottimizzando la produzione, riducendo i costi e abbreviando i tempi di commercializzazione.
In questo articolo, esploreremo le diverse tecnologie e materiali utilizzati nella stampa 3D, le varie soluzioni disponibili, i vantaggi e gli utilizzi più diffusi nei vari settori industriali.
Introduzione: cos’è la stampa 3D?
La stampa 3D, è una tecnologia che consente la creazione di oggetti tridimensionali a partire da un modello digitale, utilizzando sottili strati di plastica liquida, polvere o metallo che vengono successivamente connessi per formare l’oggetto. Questo permette alle aziende di testare e perfezionare i loro prodotti prima di avviare la produzione in serie, senza la necessità di ricorrere a processi tradizionali come stampaggio a iniezione o lavorazione con macchine CNC.
Prototipare in modo flessibile, accurato e rapido consente d’individuare errori o possibili modifiche o miglioramenti già in fase di progettazione, ottimizzando il prodotto stesso ed evitando sprechi, accelerando i tempi verso la produzione e ridurre i costi imprevisti. Questo approccio consente alle aziende di adattarsi in modo più efficiente alle esigenze del mercato e di mantenere un vantaggio competitivo promuovendo l’innovazione.
I vantaggi della stampa 3D
Oggi la stampa 3D rappresenta un reale vantaggio per le imprese che desiderano migliorare i propri processi produttivi in termini di flessibilità, efficienza e competitività.
Vediamo alcuni dei vantaggi più significativi:
Personalizzazione: grazie ai costi e ai tempi di produzione ridotti, anche per un singolo pezzo, la stampa 3D offre una straordinaria libertà con infinite possibilità di personalizzazione. La produzione additiva elimina infatti la necessità di creare nuovi strumenti, stampi e matrici per ogni nuovo pezzo, stampando ogni progetto in un’unica fase, indipendentemente dalla sua complessità. Questo rappresenta un vantaggio competitivo che unisce sperimentazione e massima personalizzazione alla produzione in serie.
Velocità: veloce e on-demand, la stampa 3D riduce i tempi di realizzazione, evitando lunghi tempi di attrezzaggio o di esternalizzazione. Durante lo sviluppo, significa ottenere prototipi perfetti in poche ore, con la possibilità di verificare e perfezionare il progetto in tempo reale. Durante la produzione, le stampanti 3D consentono di produrre componenti e prodotti finiti di alta qualità molto più velocemente, eliminando le fasi di lavorazione intermedie tipiche dei metodi tradizionali.
Realizzazione di geometrie complesse: la stampa 3D offre la possibilità di creare geometrie estremamente complesse, altrimenti difficili, se non impossibili, da realizzare con i metodi tradizionali. Questa tecnologia può lavorare con le mesh, che si prestano molto di più a design a mano libera e organici, intrinsecamente più complessi delle forme regolari. Grazie alla manifattura additiva, i progettisti hanno molta più libertà di modificare e manipolare le geometrie per soddisfare le necessità creando applicazioni uniche. Ciò si traduce in parti molto più complesse che presentano numerosi vantaggi rispetto a geometrie più regolari, tra cui massa ridotta, numero di parti inferiore e integrazione più semplice.
La capacità di realizzare prodotti, modelli o prototipi in un singolo processo, con una significativa riduzione di tempi e costi di manodopera, anche per progetti particolarmente complessi, è un aspetto distintivo della stampa 3D. Questa tecnologia non solo si configura come sostenibile e altamente competitiva, ma soprattutto si dimostra estremamente flessibile per una vasta gamma di applicazioni.
Tecnologie di stampa 3D
Le tecnologie di stampa 3D si classificano principalmente in base ai materiali utilizzati nel processo e al modo in cui vengono trattati. La scelta di una tecnologia specifica dipende da una serie di parametri, come la velocità di produzione, la resistenza meccanica, la finitura superficiale desiderata e il costo finale del pezzo.
Nel settore della stampa 3D, esistono macchine di diverse forme e dimensioni, che utilizzano una vasta gamma di processi, alcuni dei quali sono più diffusi rispetto ad altri. Ogni tecnologia ha le sue caratteristiche uniche e offre vantaggi specifici, consentendo una maggiore personalizzazione e flessibilità nella produzione di oggetti tridimensionali.
Di seguito alcuni dettagli sui principali processi di Stampa 3D utilizzati in ambito industriale:
Tecnologia Multi Jet Fusion
La tecnologia di stampa 3D Multi Jet Fusion (MJF), sviluppata da HP, è un sistema avanzato utilizzato dai maggiori player del mercato come Fama 3D che consente la produzione di parti uniche con una finitura superficiale di alta qualità, in tempi rapidi e a costi ridotti. A differenza di altre tecnologie, la MJF distribuisce selettivamente gli agenti di fusione e i dettagli sull’intero letto di polvere. Successivamente, gli strati vengono fusi insieme utilizzando la luce infrarossa, garantendo una maggiore velocità e precisione nel processo di stampa. Questo rende la tecnologia MJF una scelta ideale per produzioni efficienti e di alta qualità.
Uno dei principali vantaggi è la velocità di produzione. Grazie alla sua capacità di creare parti complesse e altamente dettagliate in tempi ridotti, la stampa 3D Multi Jet Fusion è ideale per soddisfare le diverse esigenze di produzione aziendale.
Inoltre, grazie alla precisione e all’alta risoluzione di stampa, è possibile ottenere parti con dettagli fini e superfici lisce, con un’ampia possibilità di personalizzazione, consentendo di creare parti uniche e su misura.
Il metodo di stampa 3D Multi Jet Fusion rappresenta attualmente la tecnologia più avanzata in quanto combina precisione, qualità, velocità ed efficienza dei costi.
Il materiale più utilizzato nella stampa 3D con tecnologia Multi Jet Fusion (MJF) è una polvere di poliammide chiamata PA12. È costituita da particelle fini di poliammide, un termoplastico resistente agli urti, con una buona elasticità oltre che alla migliore resistenza meccanica tra tutti i materiali per la stampa 3D. Queste caratteristiche lo rendono adatto per una vasta gamma di applicazioni. Sono altresì disponibili altri materiali come il PA11, PA12 caricato vetro, PA11 e TPU
Stampa in resina SLA – LFS
La stampa 3D steleografica (SLA) prevede la solidificazione di una resina fotopolimerica attraverso l’impiego di un raggio laser UV. Il modello tridimensionale viene virtualmente suddiviso in numerosi strati orizzontali, attraverso un processo di estrema precisione che procede dal basso verso l’alto. Prima di partire con la produzione del file 3D, la macchina procede alla costruzione preliminare di uno strato di supporti destinati a essere successivamente rimossi. Successivamente alla creazione del primo strato, la griglia di sostegno si abbassa e la macchina inizia la solidificazione dello strato successivo. I prototipi prodotti mediante stereolitografia dimostrano una notevole adattabilità per finiture estetiche di alta qualità e sono ampiamente utilizzati come riferimenti principali per le successive fasi di produzione.
Il grosso vantaggio sta nel fatto che attraverso la stereolitografia si riescono a raggiungere precisioni molto più elevate, arrivando ad avere
pezzi appena stampati (grezzi) con una precisione superficiale così alta che non si notano i layer.
La tecnologia Low Force Stereolithography (LFS) rappresenta il passo successivo nella stampa 3D SLA.
Nelle stampanti 3D LFS, i componenti ottici sono contenuti all’interno di un’unità di elaborazione della luce (LPU). All’interno dell’LPU, un galvanometro posiziona un raggio laser ad alta densità lungo l’asse Y. Il raggio attraversa un filtro spaziale e viene indirizzato verso uno specchio pieghevole e uno specchio parabolico, in modo da fornire costantemente un raggio perpendicolare al piano di stampa. Questo assicura stampe precise e ripetibili.
Mentre l’LPU si sposta lungo l’asse X, il pezzo stampato viene delicatamente staccato dal fondo flessibile del serbatoio. Questo riduce in modo significativo le forze esercitate sulle parti durante il processo di stampa
L’unità di elaborazione della luce (LPU) è il cuore del sistema LFS. È progettata su misura per fornire un’illuminazione uniforme e precisa sulla resina liquida nel serbatoio. Questa illuminazione controllata consente una polimerizzazione accurata e coerente degli strati successivi di resina, garantendo una qualità di stampa superiore e dettagli più precisi.
Stampa in metallo LPBF
La tecnologia LPBF impiega un laser a fibra come sorgente di calore per effettuare una scansione selettiva e fondere strato dopo strato le polveri metalliche. Dopo il processo di raffreddamento, le particelle fuse si solidificano, dando origine al componente desiderato. I materiali utilizzabili sono l’acciaio inossidabile “1.4404/316L”, l’alluminio “3.2382” e il Tool Steel “1.2709”.
Le applicazioni della stampa 3D su metalli LPBF sono estremamente versatili. Questa tecnologia consente la produzione di componenti estremamente sottili, garantendo leggerezza, una caratteristica essenziale per settori come quella Aeronautica e Spaziale. Inoltre, LPBF permette la creazione di componenti complessi con cavità interne e canali che sarebbero impossibili da ottenere attraverso metodi di fabbricazione tradizionali.
Stampa 3D per edilizia e architettura
Il mondo dell’architettura-urbanistica si sta spingendo sempre più nella direzione della progettazione tridimensionale per poter gestire, elaborare e comunicare strategie, problematiche e soluzioni in continua evoluzione, trasmettendo e scambiando informazioni sempre più complesse con un a sempre più ampia gamma di committenti, collaboratori e specialisti.
E’ proprio grazie alla progettazione in BIM “Building Information Modeling” che questo può avvenire in maniera veloce e semplice: sviluppare un progetto in 3D verificando e risolvendo mano a mano ogni criticità, ogni dettaglio con la possibilità di riunire le diverse competenze in un unico file.
Grazie al nostro supporto il passo verso la stampa 3D e la prototipazione del vostro lavoro consegue naturalmente senza utleriori sforzi da parte del cliente che potrà vedere nel giro di poche ore la materializzazione di ciò che è stato fino ad ora virtuale.
Esempi applicativi della stampa 3D nei vari ambiti
Industria aerospaziale
Il settore aerospaziale, notoriamente orientato all’innovazione tecnologica, ha abbracciato pienamente la crescente diffusione della stampa 3D. Questa tecnologia offre la possibilità di realizzare forme estremamente complesse senza aumentare i costi di produzione, un vantaggio significativo in un settore ad alto costo come quello aerospaziale. Inoltre, l’approccio additivo consente la creazione di componenti più leggeri, eliminando il volume non necessario, un aspetto di fondamentale importanza in un campo in cui il peso riveste un ruolo cruciale. Le tecnologie più utilizzate includono la produzione di pezzi in metallo, in particolare metalli ad alte prestazioni come il titanio o l’inconel. Anche la stampa polimerica è ampiamente impiegata, in particolare la Multi Jet Fusion (MJF) per la sua precisione e resistenza.
Settore nautico
Nel settore nautico, l’adozione delle tecnologie additive sta aumentando notevolmente. La stampa 3D consente la produzione di un maggior numero di componenti, riducendo notevolmente i costi di trasporto e consentendo la produzione solo su richiesta, riducendo così i costi di stoccaggio. Inoltre, questa tecnologia permette la realizzazione di forme non ottenibili con altri processi produttivi, agevolando la personalizzazione e stimolando la creatività dei progettisti. Le tecnologie più utilizzate includono la Multi Jet Fusion (MJF) e la Fused Deposition Modeling (FDM) per le parti plastiche, e la Selective Laser Melting (SLM) per le parti metalliche.
Industria manifatturiera
L’industria manifatturiera rappresenta un esempio tangibile della coesistenza tra processi tradizionali e tecnologie additive. La stampa 3D, in particolare, offre significativi vantaggi nella fase progettuale, consentendo una rapida realizzazione dei prototipi e la tempestiva implementazione di modifiche, agevolando così il miglioramento del prodotto. Inoltre, consente di ottenere prototipi funzionali estremamente precisi e addirittura a colori, grazie alle tecnologie di sinterizzazione, specialmente quelle di polimeri per le parti plastiche, e quelle di sinterizzazione di metallo per le parti metalliche.
Dentale
Negli ultimi anni, il settore odontoiatrico ha sperimentato un significativo impatto della tecnologia 3D, la cui applicazione si è estesa a diverse aree. La stampa 3D lavora in sinergia con la scansione 3D, consentendo di ottenere rapidamente un calco preciso della bocca del paziente per la realizzazione di soluzioni perfettamente adattate. Le stampanti utilizzate in questo contesto sono principalmente di tecnologia SLA e DLP, impiegando resine apposite, chiamate resine dentali adatte al contatto continuo con la mucosa orale del paziente ed estremamente resistenti.
Medicina
Il settore medico è da sempre influenzato dalla tecnologia 3D, con applicazioni che vanno dalla produzione di modelli anatomici personalizzati alla fabbricazione di articolazioni artificiali e dispositivi medici. La stampa 3D è stata impiegata con successo in chirurgia maxillofacciale per allineare i frammenti ossei e pre-piegare piastre in titanio, in ortopedia per realizzare guide di taglio personalizzate e in chirurgia cardiaca il modello stampato in 3D aiuta la comprensione d’interventi chirurgici complicati da parte dei pazienti e dei loro familiari così come supporto per l’intero equipe medico e il team di assistenza post-chirurgica a comprendere meglio l’intervento, con evidenti benefici per il paziente.
Automotive
Nell’ambito dell’industria automobilistica, la stampa 3D sta guadagnando sempre più popolarità grazie alle numerose migliorie che questa tecnologia offre. Innanzitutto, consente di accelerare la fase di prototipazione, consentendo di ottenere componenti funzionali in tempi brevi e a costi contenuti, facilitando così l’implementazione delle necessarie correzioni per raggiungere le forme finali desiderate. Nel settore automobilistico, dove la meccanica riveste un ruolo fondamentale, la possibilità di ottenere pezzi con topologie ottimizzate, più leggeri e performanti, riduce notevolmente i costi di progettazione e produzione. Inoltre, i processi di stampa 3D consentono ai designer di esprimere la loro creatività, non solo in funzione dell’estetica ma soprattutto come miglioramento dell’aerodinamica. La velocità di produzione e i costi contenuti per la realizzazione di pezzi unici o piccoli lotti permettono inoltre di creare rapidamente pezzi di ricambio altrimenti difficili da reperire.
Meccanica
L’additive è una risorsa importante per l’industria meccanica, in quanto consente di produrre componenti geometricamente complessi o che presentano peculiarità difficili da riprodurre con tecnologie tradizionali. La stampa 3D offre numerosi vantaggi, tra cui la possibilità di realizzare pezzi unici o piccoli lotti in modo rapido ed economicamente conveniente, facilitando anche la produzione di pezzi di ricambio altrimenti difficili da reperire. Inoltre, la produzione additiva contribuirà a sostenere le supply chain grazie a una produzione di massa scalabile, consentendo soluzioni di produzione distribuita, sia a breve sia a lungo termine, in grado di rispondere in modo quasi immediato ai rapidi cambiamenti del mercato.
La quarta rivoluzione industriale è già una realtà, grazie all’era di Internet, dei dati e dell’informazione. Questa rivoluzione non riguarda solo il mondo digitale, ma anche quello produttivo, in cui la stampa 3D sta giocando un ruolo sempre più importante, con infinite possibilità creative e funzionali in continua evoluzione per soddisfare le esigenze di un mercato sempre più dinamico.
Con una gamma unica di tecnologie e materiali additivi, unita alla profonda esperienza Fama 3D è in grado di superare le sfide di ogni fase del ciclo produttivo.
Un percorso su misura che ci consente di valorizzare al massimo ogni progetto, garantendo ai nostri clienti un reale vantaggio competitivo.