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La nascita della stampa 3D

Articolo di Emiliano Bruni.

Cosa si intende per stampa 3D

La stampa 3D è un processo dove un modello virtuale viene trasformato in un oggetto fisico tridimensionale.

La stampante 3D usualmente genera la versione 3D del modello aggiungendo successivi strati di materiale che, in altezza, vanno a creare l’oggetto tridimensionale.

Sebbene la tecnologia esista da 30 anni, è solo negli ultimi 5 anni soprattutto con l’uscita sul mercato di stampanti 3D dal prezzo abbordabile che si è visto un boom di novità in questo campo e ogni giorno vengono sviluppati e stampati nuovi modelli come, ad esempio, parti di macchine, contenimento delle fratture personalizzate fino a elementi protesici per il corpo umano.

Quali sono i passaggi per ottenere una stampa 3D

Per creare una stampa 3D si parte dalla realizzazione del modello virtuale che può essere realizzata con uno degli innumerevoli programmi gratuiti o a pagamento di computer-aided design (CAD) oppure utilizzando uno scanner 3D che cerca di ricreare le forme di un oggetto reale o generando un modello tramite equazioni matematiche.

I principali programmi per la generazione del modello virtuale sono FreeCAD, Blender, SketchUp, Autodesk Fusion 360, quest’ultimo con una licenza sia commerciale che gratuita per uso personale e amatoriale.

Se si è alle prime armi conviene invece iniziare scaricando un modello da uno dei siti online dove è possibile scaricare, spesso gratuitamente, modelli 3D già creati.

In questa categoria, i più famosi sono certamente Thingiverse , CGTrader e Prusaprinters.

Attualmente tutti i programmi CAD generano il modello da stampare come file STL (standard tassellation language) che è una rappresentazione del modello 3D formato da piccoli triangoli e analogamente, scanner 3D e siti online permettono di ottenere file in formato STL.

Una volta ottenuto il file STL però questo non è direttamente utilizzabile da una stampante 3D in quanto quest’ultima ha bisogno di un file che sezione verticale per sezione verticale, dica alla stampante dove rilasciare il materiale che costituirà l’elemento finito.

Per questo motivo il file STL va dato in pasto ad uno slicer, letteralmente un’affettatrice che taglia il nostro modello 3D nei vari strati e genera il codice che comanda la stampante riguardo gli spostamenti sui tre assi.

I principali slicer gratuiti disponibili attualmente sono Ultimaker Cura, KiSSlicer, Repetier Host, Simplify3D, Slic3r e la sua costola PrusaSlicer.

Tutti questi software generano i comandi per la specifica stampante tramite un file GCODE, un file di testo contenente non solo i comandi di spostamento per la stampante ma anche le velocità di spostamento e di stampa, la quantità di materiale da depositare su ogni singolo strato e altre caratteristiche della stampa in esecuzione.

Tecniche di estrusione

Le principali tecniche di estrusione sono la stereolitografia (SLA) e la modellazione a deposizione fusa (FDM)

Nel primo caso un laser polimerizza un recipiente di resina liquida trasformandola in plastica dura. [https://www.youtube.com/watch?v=863fVnIYEx0 ]. Le parti stampate in stereolitografia presentano una migliore risoluzione e precisione, dettagli più accurati e finiture superficiali più lisce rispetto a tutte le altre tecnologie di stampa 3D. Questa è quindi un’ottima scelta per i modelli ricchi di dettagli come stampi, modelli e parti funzionali.

Nella modellazione a deposizione fusa la stampa 3D viene creata fondendo un filamento plastico all’interno di un sottile ugello che deposita il materiale di stampa su un piano rigido, strato per strato. [https://www.youtube.com/watch?v=m_QhY1aABsE]

La modellazione a deposizione fusa ha una risoluzione e una precisione inferiore rispetto alla stereolitografia e non è sicuramente l’opzione più adatta per la stampa di design complessi o parti con dettagli elaborati ma ha il vantaggio di essere più versatile ed ha un costo sicuramente più contenuto sia come hardware che come costo della materia prima.

Inoltre mentre la FDM può usare diversi materiali plastici con diverse tipologie fisiche quali PLA, PETG, ABS, nylon, PVA, TPU e i filamenti sono disponibili in tantissimi colori le stampanti SLA hanno solo poche tipologie di resine e i colori disponibili sono praticamente solo il trasparente, bianco, nero e grigio.

Per finire mentre una stampa FDM è direttamente disponibile a fine stampa, le stampe SLA hanno bisogno di un ulteriore passaggio per essere utilizzate.

Le più famose marche di stampanti FDM nella fascia economica sono le Creality, le Prusa e le Geeetech tutte con prezzi abbordabile da 250 a meno di 500 euro.

Le più famose stampanti SLA nella fascia economica sono le Elegoo, Anycube, XYZprinting e di nuovo le Prusa.