Stampanti 3D Systems: tecnologia e ricerca nella stampa 3D

Sono veramente poche le aziende che possono essere definite "colossi" della stampa 3D. Una di queste è 3D Systems, azienda a cui è riconosciuta l'invenzione della stampa 3D e che produce tale tecnologia sin dagli anni '80. Fu nel 1986 che Chuck Hull, co-fondatore di 3D Systems, depositò il brevetto riguardante la "stereolitografia", definita come "Processo per creare oggetti solidi attraverso la sequenziale stampa di sottili strati di materiale sensibile alla luce ultravioletta uno sopra l'altro". Fu proprio con la stereolitografia di 3D Systems che nacque la prototipazione rapida.

Attenzione però a non fare confusione: la stereolitografia, più comunemente chiamata con l'acronimo "SLA", è una tecnica di stampa 3D molto diversa dall'oggi conosciutissima "Fused Deposition Modeling", chiamata "FDM". Tra queste cambia la tecnologia, cambiano i materiali e cambiano anche i risultati del processo di stampa.

Inoltre, sfatiamo subito un mito comune: le stampanti 3D Systems sono macchine di alto livello, tecnologicamente avanzate e indirizzate in particolar modo all'industria, ma non è assolutamente vero che in Italia siano poco comuni o che riscuotano poco successo. Questo lo dimostrano due grandi realtà italiane: Selltek, azienda italiana che rivende le stampanti 3D Systems e che attualmente è leader di vendite in Italia e in Europa; e Prototek, service di stampa 3D che sfrutta appieno le tecnologie 3D Systems facendo prototipazione per le più grandi aziende italiane.

Stampanti 3D Systems: quali sono, come funzionano e a cosa sono adatte

Le stampanti 3D Systems sono di diverso tipo, catalogabili secondo la tecnologia di stampa 3D utilizzata o la destinazione d'utenza finale. La tecnica di stampa incide sul prezzo della stampante, sul volume di stampa e sull'ingombro della stampante stessa. Le caratteristiche comuni e a tutte le stampanti 3D Systems sono due: il software di gestione delle stampanti proprietario e i materiali di consumo proprietari. Questo significa che le stampanti 3D Systems non sono utilizzabili con i più comuni software open source come Cura o Slic3r, e che non è possibile - o almeno non è consigliabile - acquistare materiali di consumo da altri produttori.

Di seguito vi propongo un elenco delle stampanti 3D Systems secondo una suddivisione per tecniche di stampa, senza entrare nei dettagli di ogni macchina, ma facendo una panoramica per macrogruppi.

FDM - Fused Deposition Modeling

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E' la tecnologia di stampa 3D più economica proposta da 3D Systems. Queste stampanti 3D depositano un polimero termoplastico strato su strato, estrudendolo attraverso un ugello scaldato a temperatura differente in base al polimero utilizzato. I materiali più comuni per le stampanti 3D FDM sono l'ABS e il PLA, gli oggetti prodotti sono caratterizzati da una scarsa resistenza meccanica. Queste stampanti 3D sono indirizzate al mercato consumer, all'educational, o a chi intende avere in casa la propria stampante 3D.

SLA - Stereolitografia

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E' la tecnologia brevettata da Chuck Hull nel 1986. Facendo passare un fascio di luce ultravioletta sullo strato di un fotopolimero liquido disposto dentro una vasca, il polimero si solidifica. Per sostenere le parti a sbalzo dell'oggetto di stampa è necessario utilizzare i supporti. Gli oggetti stampati attraverso stereolitografia sono anche utilizzati per lo stampaggio a iniezione, termoformatura, soffiatura e processi prevedono colate di metallo in quanto sufficientemente resistenti alle sollecitazioni sul materiale.

3D Systems fa una distinzione tra Micro-SLA e SLA. Per Micro-SLA intende riferirsi ad una macchina specifica: la ProJet 1200. Le caratteristiche che contraddistinguono questa macchina sono la compattezza, la qualità e il prezzo (5000 € circa). Ha un volume di stampa 43 x 27 x 180 mm, risoluzione 30 micron e si presta particolarmente ai settori della gioielleria e dell'odontoiatria.

Le restanti macchine SLA sono i modelli PorJet 6000 SD, 6000 HD, 6000 MP, 7000 SD, 7000 HD, 7000 MP, e permettono di stampare fino a 1500 x 750 x 550 mm. Il prezzo di queste macchine parte da 200.000 €.

CJP - Color Jet Printing

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Spesso è chiamata anche InkJet, ma il funzionamento non cambia. Un collante liquido viene depositato su un letto di polvere di gesso che viene depositato attraverso un rullo. La polvere non raggiunta dal legante rimane nella camera facendo da supporto agli strati depositati successivamente. Questa tecnica di stampa 3D permette di aggiungere colore al legante, andando quindi a ottenere oggetti colorati e sfumati CMYK. Bisogna però fare attenzione, la tecnica Inkjet è caratterizzata dalla scarsa resistenza meccanica e dall'aspetto poroso delle superfici dell'oggetto stampato. In un secondo momento sarà possibile migliorare tali caratteristiche utilizzando trattamenti con cere o polimeri.

Le stampanti 3D Systems CJP sono: ProJet 160, 260C, 360, 460 Plus, 660 Pro, 860 Pro. Partono da un prezzo di 20.000 €.

PJP - Plastic Jet Printing

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Utilizzando delle termoplastiche simili all'ABS e al policarbonato ma ben più resistenti, la tecnologia PJP costruisce gli oggetti strato per strato. La tecnologia utilizzata è esattamente la stessa della CJP ma, invece di usare come materiale il gesso, si usano dei polimeri plastici che fusi insieme rendono gli oggetti prodotti molto più resistenti che quelli fatti con la polvere di gesso.

Attualmente è prodotta solo una stampante con questa tecnologia, la ProJet 4500. Il prezzo parte da 75.000 €.

MJP - Multi Jet Printing e Dental MJP

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Processo di deposito di fotopolimeri liquidi (resine) sensibili ai raggi UV attraverso un numero elevato di ugelli (si arriva a 618 ugelli) su una superficie stampata precedentemente. In una fase di post-produzione il materiale di supporto sarà eliminato in quanto idrosolubile.

I modelli ProJet 3510 SD, ProJet 3510 HD, ProJet 3510 HD Plus, Projet 3500 HD Max, ProJet 3510 CP, ProJet 3510 CPX, ProJet 3510 CPX Plus, ProJet CPX Max, ProJet DP fanno parte di questa categoria. A partire da 60.000 €.

Multi Material Jet Printing

La testina di stampa con 618 ugelli che può stampare più materiali in contemporanea, dalle resine alle plastiche, contraddistingue questa tecnologia. La stampante che permette tale lavorazione è la ProJet 5500 X, con un volume di stampa di 533 x 381 x 300 mm e definizione fino a 29 micron. A partire da  180.000 €.

SLS - Selective Laser Sintering

Questa tecnica prevede la fusione di piccole particelle di materiale sotto forma di polveri attraverso un laser ad alta potenza. I materiali utilizzati con tale tecnologia sono diversi, plastiche, metalli, ceramiche o vetro. Utilizzando una stampante 3D SLS non servono i supporti all'oggetto in stampa, il materiale che non viene sinterizzato fa da supporto agli strati successivi. Inoltre, il materiale che all'interno di una sessione di stampa non viene utilizzato sarà utilizzabile nuovamente.

Partendo dal prezzo di 300.000 €, le stampanti 3D Systems con questa tecnologia sono: ProJet ProX 500, ProJet ProX 500 Plus, ProJet ProX 800, ProJet ProX 950.

DMP - Direct Metal Printing

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Il processo di stampa 3D di questa tecnologia consiste nello spalmare un letto di polveri metalliche che successivamente verranno fuse attraverso un raggio laser. Molto costosa, permette di produrre oggetti unici e pronti all'utilizzo, semplificando la fase produttiva rispetto ad altre tecniche tradizionali. Sono disponibili oltre 15 leghe.

Le stampanti ProJet ProX 100, ProJet ProX 200, ProJet ProX 300 utilizzano tale tecnica. Il prezzo parte da  190.000 €.

Industrie e applicazioni nell'impresa d'oggi

Come avrete inteso, le tecnologie che mette a disposizione 3D Systems sono le più disparate e ognuna di queste è particolarmente indicata per determinati settori. Non a caso, le industrie più recettive si sono già mosse da tempo per assorbire il potenziale della stampa 3D all'interno della propria catena progettuale e produttiva. Se non avete ancora ben chiaro quale sia il possibile utilizzo delle stampanti 3D Systems in un particolare settore, qui di seguito trovate qualche spunto:

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• Aerospaziale, per la produzione di pezzi complessi e leggeri, applicabili direttamente nella costruzione di aeromobili;
  
• Architettura, per la revisione del design, la verifica di strutture, per la mostra di modelli a clienti o ad un pubblico più esteso;
  
• Automotive, per verificare il corretto funzionamento dei pezzi e revisionarne le forme;
  
• Educazione, per studiare le geometrie più complesse, producibili in modo più semplice attraverso la stampa 3D, per la promozione di attività creative e di progettazione;
  
• Intrattenimento, per la progettazione e produzione di giocattoli, oggetti di uso quotidiano, modellini, strumenti musicali e quant'altro;
  
• Odontoiatria, per studiare trattamenti, ricostruzioni e stampi;
  
• Sanità, per la progettazione e la produzione di protesi su misura del paziente, dispositivi per la respirazione, ecc;
  
• Industria, per velocizzare le fasi di prototipazione, risoluzione di problemi progettuali, produzione di stampi.
  

Ridurre i costi di prototipazione, aumentare la velocità di esecuzione e personalizzare il prodotto, sono queste le caratteristiche alla base delle tecnologie di stampa 3D e 3D Systems ne fa un manifesto, offrendo una gamma di prodotti per tutte le necessità.

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