le tecnologie

capitolo 6

Dato il raggruppamento dei materiali in tre categorie: polvere, liquido, solido possiamo associarvici alcune tecnologie che si differenziano per tipo di lavorazione che ne fanno. Come sintesi si propone la tabella a seguire dove sono riassunte le principali tecnologie (espresse in sigla) e ricollegate ai materiali che utilizzano, si procede poi alla descrizione specifica di ognuna.

Tabella 3- Schema delle tecnologie  
Materiali   Tecnologie  
Polvere SLS   DMLS
Liquido SLA, DLP   Polyjet
Solido LOM   FDM
Fonte: elaborazione personale      

Sinterizzazione laser selettiva (SLS)

La tecnologia è stata inventata nel 1984 dal ricercatore Carl R Declard dell’Università del Texas di Austin e sviluppata in collaborazione con DTM Corporation poi acquisita da 3D Systems nel 2001. Oggi invece i produttori sono più numerosi poiché i brevetti sono recentemente scaduti. Il processo consiste nello stendere strati di polvere di vari materiali che vengono poi colpiti da un laser per essere fusi insieme. Le polveri che non sono immediatamente sinterizzate fanno da supporto per gli strati successivi fino all’avvenuta creazione dell’oggetto. Al termine il pezzo è rimosso e separato dalle eventuali polveri di supporto che possono anche essere riutilizzate (si veda Maietta 2014). Le stampanti che usano questa tecnologia si caratterizzano per un costo elevato, dato dal laser in uso, perciò alcune start up, come Norge e Polyforge, stanno lavorando allo sviluppo di modelli meno costosi.

Direct Metal Laser Sintering (DMLS) detto anche Selective Laser Melting (SLM)

La storia della SLM inizia con un progetto di ricerca presso Fraunhofer Institut ILT nel 1995. Questa tecnologia è molto simile alla precedente con la differenza che il laser crea il prototipo fondendo materiali in polvere metallica. Questa tecnica permette di realizzare prototipi e parti metalliche con un buon livello di dettaglio e precisione, i suoi difetti sono invece una scadente rifinitura superficiale e il rischio di deformazioni.

Stereolitografia (SLA)

La stereolitografia utilizza un laser per la fotopolimerizzazione (solidificazione) di una resina liquida posta dentro una vasca della macchina stessa. Il processo di scansione è reiterato finché la costruzione dell’oggetto tridimensionale non è completata. Per ogni sezione un sistema di specchi proietta un laser che può così scansionare la superficie. Al termine, l’oggetto viene estratto dalla resina liquida e inserito in un forno a luce ultra violetta dove si completa la polimerizzazione (si veda Calderan 2015). La stereolitografia è diffusa nella prototipazione poiché in questo campo è veloce ed economica, non è invece parimente utilizzata per la produzione dell’oggetto finale.

Digital Ligth Processing (DLP)

La tecnologia DLP è più recente e comporta minori costi e sprechi della tecnologia SLA ma è simile a quest’ultima nel processo. Anch’essa difatti utilizza una fonte di luce per indurire un fotopolimero posto dentro una vasca che si abbassa per la costruzione di sezioni successive dell’oggetto. Come risultato finale si ottengono prodotti resistenti e con un’eccellente risoluzione.

Polyjet

La tecnologia appartiene a Stratasys ed è del tutto simile a una stampante a inchiostro. Infatti, le sue testine invece di posare inchiostro su carta depositano e polimerizzano a raggi UV gocce di fotopolimeri liquidi. I prodotti così ottenuti sono pronti all’uso senza altre lavorazioni necessarie. I suoi vantaggi risiedono nel fatto di poter stampare in diversi materiali (rigidi, trasparenti, elastici) e colori (anche in un solo modello).

Modellazione a Deposizione Fluida (FDM)

La tecnologia FDM è stata sviluppata negli anni 1980 da Scott Crump (fondatore di Stratasys). I brevetti di proprietà di quest’azienda sono scaduti nel 2009 e da allora sono numerose le iniziative open source che hanno sviluppato varianti più economiche chiamate FFF, acronimo di Fused Filament Fabrication. Chua (2014) spiega che una testina di stampa (estrusore) compone il profilo dell’oggetto depositando piccole gocce di materiale fuso. Alla stampante è, infatti, collegata una bobina di materiale plastico che durante il processo viene spinta nell’estrusore: questo riscalda il materiale ricevuto fino a fonderlo e lo deposita su un piano mobile. Raffreddandosi le gocce si uniscono tra loro con il materiale sottostante e laterale. Grazie alla pulizia del processo, alle minori dimensioni delle strumentazioni, al relativo basso costo è questa la tecnologia più diffusa. Occorre notare però che il loro costo non è contenuto a prescindere, esistono infatti alcuni modelli professionali che per velocità, versatilità, qualità di finitura del prodotto finale e volume di stampa sono proposte a prezzi più elevati.

Laminated Object Manufacturing (LOM)

La californiana Helisys Inc. ha sviluppato una tecnologia che costruisce l’oggetto depositando su un piano di lavoro fogli di carta, plastica, metallo che sono poi sovrapposti, incollati da un rullo riscaldato e tagliati nella forma desiderata da un laser o una lama controllate da un computer. Lo svantaggio di realizzare prodotti di qualità inferiore rispetto alle atre tecniche è compensato dal basso costo del materiale e dalla possibilità di realizzare oggetti di grandi dimensioni. I progetti e prodotti della compagnia ideatrice, chiusa nel 2000, sono portati avanti da Cubic Technologies. Anche altre aziende come l’israeliana Solido 3D e la giapponese Kira non sono più presenti sul mercato ma esiste ancora la compagnia irlandese Mcor Technologies Ltd che vende stampanti 3D con tecnologia LOM.

Utilizzando la successiva tabella si vogliono sintetizzare ed evidenziare i principali benefici e le limitazioni delle fondamentali tecnologie disponibili al fine di operare una scelta di utilizzo consapevole e calibrata rispetto all’oggetto da stampare.