capitolo 5 I materiali

Tra i materiali oggi in commercio la plastica è il preferito dagli utilizzatori delle stampanti tridimensionali con una percentuale del 73% (Sculptero, 2016). La loro disposizione favorevole è spiegata dalle caratteristiche delle varie plastiche, le quali non solo sono più economiche ma anche più resistenti agli urti e permettono un buon livello di dettaglio. Al secondo posto per percentuale di adozione si trovano le resine (26%) seguite dai metalli (23%). Materiali, invece, residuali sono la ceramica e la cera (8%). L’offerta non si esaurisce con i pochi sopracitati ma al contrario si aggiorna periodicamente con nuovi composti che iniziano a trovare un utilizzo, come ad esempio le paste, la sabbia, il grafene e molti altri.

Materiali per percentuale di adozione

Fonte: Sculpteo, 2016

Inoltre, a seconda che il metodo utilizzato dalla stampante 3D sia la solidificazione, la fusione o il deposito dei materiali, la forma sotto la quale si presentano varia da polveri a filamenti o liquidi. Ovviamente come ci rammenta Soppelsa (2015) la scelta del materiale e della tecnologia è fatta in funzione delle caratteristiche che si vogliono ottenere per il prototipo, l’oggetto o lo stampo.

Resine

Alla categoria delle resine si ricollegano un’ampia classe di polimeri ottenuti con metodi e da materie prime diverse, tutti solidificati dal laser nel processo produttivo. Diverse resine sono disponibili secondo la tecnologia usata e le caratteristiche del pezzo che si vuole ottenere, in ogni caso l’impresa fornitrice provvede a dare tutte le informazioni necessarie per una scelta accurata (si veda Chuan, Leong 2014). A queste macchine serve anche un solvente per la pulizia una volta che l’oggetto è stato completato. La stampante che usa le resine risulta essere più costosa delle altre ma gli oggetti stampati sono più sofisticati, precisi, esteticamente gradevoli e quindi adatti per componenti dimostrativi o prototipi visivi. In particolare nella stereolitografia uno dei materiali più usati è la resina Somos WaterShed XC 11122 mentre Acura 55 è spesso usata nelle macchine 3D System.

Le plastiche in grani o filamenti

Calderan (2015) definisce i principali materiali utilizzati nel processo delle stampanti che depositano materiale fuso: PLA e ABS, rispettivamente acronimo di Acido Polilattico e Acrilonitrile Butadiene-Stirene. La PLA è una plastica biodegradabile poiché ottenuta da

amidi come il mais o la canna da zucchero invece l’ABS si ottiene dal petrolio. Quest’ultimo offre un’alta stabilità dal momento che è poco sensibile al calore, quindi allo stesso tempo deve essere sottoposto ad alte temperature per raggiungere la fusione. Le parti ottenute dal PLA sono più rigide di quelle in ABS che si deformano più facilmente durante la fase di raffreddamento. Un oggetto realizzato in ABS può essere sabbiato e se lucidato con l’acetone assume una parvenza simile alla ceramica. Un altro filamento termoplastico con il quale si stampano oggetti abbastanza rigidi, resistenti e adatti al contatto alimentare è il polietilene tereflatato (PET). Soppelsa (2015) cita anche l’High Impact Polystyrene (HIPS), un materiale termoplastico formato da polistirene e gomma stirene-butadiene, simile all’ABS per quanto riguarda le caratteristiche meccaniche ma dotato di una peculiarità: sciogliersi con il  limonene a temperatura ambiente ed essere così adeguato per la costruzione di strutture di supporto di un modello facili da rimuovere nella fase post-processo.

Le polveri

Il nylon, dotato di flessibilità, resistenza e versatilità, è una polvere bianca sinterizzata da un laser e poi levigata. L’allumide invece ha origine dalla miscela di nylon e alluminio. Anche se è più rigido, granuloso e poroso del nylon, la sua polvere dona brillantezza alla superficie.

Altri materiali:

  • Le paste

Zucchero, cera, cioccolato, argilla, silicone sono già stati utilizzati per creare paste adatte alle stampanti 3D. Tuttavia l’utilizzo di questi materiali è ancora in fase sperimentale perché per ognuno ci sono specifiche problematiche da risolvere.

  • Laywood

È un composto di legno riciclato (40%) e un polimero legante. La composizione di questo materiale permette di stamparlo come un qualsiasi filamento ABS o PLA. Calderan (2015) precisa che a stampa avvenuta, l’oggetto non solo appare simile al legno ma ne assume anche l’odore, inoltre al variare della temperatura di stampa si possono ottenere tonalità diverse.

  • Laybrick

Il filamento, brevetto tedesco, è una miscela di gesso e polveri leganti e consente di ottenere un oggetto stampato con un effetto pietra, espediente utile per i modelli artistici o di architettura.

  • Biomateriali

Nell’ambito medicale, invece, i componenti fondamentali sono: cellule, proteine, idrogel naturali e le gelatine. In particolare, Chua e Leong (2014) citano BioInk, un idrogel semi-

sintetico che permette la crescita di diversi tipi di cellule e mima il naturale materiale extracellulare, e OsteoInk, una pasta di solfato di calcio ideale per la stampa di ossa e cartilagine.

Alcune novità

Il grafene, composto di uno strato di carbonio regolare, è un nuovo materiale dalle grandi possibilità di successo poiché è sottile, dotato di un peso ridotto, ma resiste ed elastico. Dopo essere stato scoperto, Graphene 3D l’ha utilizzato e mescolato con il PLA per ottenere un filamento da commercializzare. In questa prima diffusione la parte plastica era maggioritaria e quindi la resa finale è sta inferiore alle attese e potenzialità, tuttavia altri studi e sviluppi potranno sfruttare a pieno le sue caratteristiche.

Altro tema importante e trasversale è quello dei materiali ecocompatibili. In questo campo un interessante caso è fornito da una piccola cabina abitabile (25 m2) stampata in 3D a Amsterdam e facente parte di un più ampio progetto lanciato da DUS Architects con il nome di 3D Print Living It Project. Oltre all’idea quello che attira l’attenzione è il materiale ecologico utilizzato: un composto riciclabile e biologico a base di olio di semi di lino. (Solo per la costruzione del tetto è stato utilizzato un piccolo quantitativo di cemento).