Tecnologie
Le tecnologie di stampa 3D continuano ad aumentare data la costante evoluzione della produzione additiva.
Nel mondo della stampa 3D industriale, sono presenti più tecniche di fabbricazione additiva per materiali polimerici, compositi e metallici. Il loro utilizzo dipende dalle esigenze progettuali, meccaniche, dimensionali e di finitura superficiale dell’applicazione che si vuole produrre: prototipi concettuali e funzionali, piuttosto che tooling e preserie di piccoli medi lotti di produzione. Ogni tecnologia si presta meglio ad uno o più campi applicativi tra quelli precedentemente elencati, in base al tipo di materiale utilizzato, piuttosto che alla velocità di produzione ed alla stabilità del processo additivo.
FDM e CFR
Il processo FDM (Fused Deposition Model), noto anche come FFF (Fused Filament Fabrication) è considerato il metodo di stampa 3D più comune. Il principio di funzionamento consiste nell’estrusione di un filamento polimerico (in bobine) per ottenere il componente finale. Il filamento viene spinto e fuso dall’estrusore della stampante 3D, che deposita, strato dopo strato, il materiale sul piatto di stampa creando il pezzo.
Le stampanti FDM si distinguono in due categorie:
- Stampanti 3D “non industriali”, con prestazioni limitate e materiali non testati e/o certificati. Tali macchine costano poco e sono accessibili a chiunque per un uso domestico e si possono trovare in un qualsiasi centro commerciale o store online;
- Macchine di stampa 3D FDM per uso industriale e professionale, con caratteristiche e materiali certificati e con prestazioni garantite. Queste macchine consentono di realizzare parti definitive e funzionali.
Per la tecnologia FDM sono disponibili una grande varietà di materiali termoplastici, come PLA, ABS, PETG, Nylon, ASA, Peek ed Ultem.
I campi di applicazione spaziano dai prototipi concettuali e funzionali alle piccole serie di parti ad uso finale.
Di questa tecnologia, esiste una variante chiamata CFR (Continuous Fiber Reinforcement) che si distingue da tutte le altre presenti sul mercato per la possibilità di inserire rinforzi in fibra lunga all’interno di parti in matrice termoplastica, garantendo la realizzazione di un metal replacement puro.
Per la stampa con rinforzo di fibre, la stampante utilizza due ugelli. Un ugello funziona con il tipico processo di estrusione; deposita un filamento plastico che forma il guscio esterno e la matrice interna del pezzo. Il secondo ugello applica ad ogni strato un filamento continuo di fibra composita (carbonio, fibra di vetro o Kevlar, HSHT). Le fibre continue all’interno di parti prodotte con stampa 3D aumentano la resistenza dell’oggetto costruito, rendendola paragonabile a quella delle parti metalliche.
Rispetto al sistema FDM nativo, la tecnologia CFR si presta meglio per parti ad uso finale ed in particolare per attrezzature di produzione, per via dei materiali ad alte prestazioni meccaniche, stabili dimensionalmente nel tempo e con certificazioni secondo lo standard di settore (automotive, elettronico ed aerospaziale).
SLS
Il processo di produzione additiva mediante Sinterizzazione Laser Selettiva (SLS) è il più utilizzato nell’industria e si basa sulla fusione di polvere polimerica per ottenere componenti ad uso finale. Questa tecnologia utilizza un laser ad alta potenza che traccia nel letto di polvere la sezione trasversale del modello da stampare in 3D. Dopo aver costruito uno strato, la piattaforma si abbassa e un altro strato viene costruito al di sopra del precedente. Questo processo continua fino all’esaurimento degli strati e al completamento della parte. Durante la stampa, la polvere non fusa sostiene il pezzo, eliminando la necessità di supporti. Alla fine del processo le parti sono immerse immersa all’interno di un blocco di polvere. Per questo motivo il processo SLS è l’ideale per pezzi con geometrie complesse, dettagli interni o spessori sottili.
L’SLS viene impiegata in un’ampia gamma di applicazioni per uso finale, ad esempio nel settore automobilistico e in quello aerospaziale. Per la sua solidità e la sua capacità di produrre parti estremamente complesse, la SLS può apportare notevoli benefici in termini di tempo e costi per la produzione di parti in piccoli lotti. Questa tecnologia rappresenta un connubio perfetto tra funzionalità, resistenza e complessità. Dal momento che non occorrono attrezzaggi e riattrezzaggi costosi e inefficienti, risulta ideale per la personalizzazione di massa di parti definitive a volume ridotto. I pezzi stampati in SLS hanno eccellenti proprietà meccaniche e resistenza simili a quelle dei pezzi stampati ad iniezione.
SLA
Inventata negli anni ’80, la stereolitografia (SLA) è stata la prima tecnologia di produzione additiva e rimane, ancora oggi, una delle più popolari tra i professionisti. Si tratta di una tecnologia di stampa 3D che fotopolimerizza una resina fotosensibile tramite un laser a bassa potenza. Man mano che ogni layer viene fotopolimerizzato, la piattaforma si solleva di un Δx pari al layer di stampa. Alla fine del processo di stampa le parti devono essere sottoposte ad un processo di lavaggio e, successivamente, di curing tramite un sistema a raggi UV.
La stereolitografia è la tecnologia che garantisce la migliore finitura superficiale e la possibilità di replicare dettagli anche molto piccoli da un punto di vista dimensionale.
Sono disponibili materiali che simulano tutti i principali materiali termoplastici: dall’ABS al polipropilene, passando per i materiali elastici. Tuttavia, sono disponibili anche materiali tecnicamente più prestanti per applicazioni ad alte temperature (come inserti per stampi), materiali ESD, trasparenti, fondibili, certificati per il settore dentale e medicale.
DLP
Questa tecnologia è molto simile alla SLA, ma al posto della sorgente laser, viene utilizzato un fascio UV emesso da proiettore, che proietta “digitalmente” solo la sezione, strato per strato, schermando tutto il resto. Il materiale utilizzato è un fotopolimero immerso in vasca (resina termoindurente su base epossidica). Pezzo e supporto sono realizzati con lo stesso materiale.
Il proiettore può essere posizionato nella parte superiore o inferiore della macchina.
MJP
La tecnologia Multijet, o MJP, è un processo di stampa a getto d’inchiostro che si basa su una testina di stampa piezoelettrica che deposita, strato dopo strato, una resina plastica fotopolimerizzabile o un materiale di stampaggio a cera. La stampa MJP viene utilizzata per produrre parti, modelli e stampi con dettagli altamente particolareggiati per un’ampia gamma di applicazioni. Queste stampanti ad alta definizione sono facili da utilizzare, e hanno un materiale di supporto separato fondibile o solubile per semplificare la post-elaborazione. La rimozione del materiale di supporto diventa quindi un’operazione automatica ed è possibile pulire accuratamente i dettagli e le cavità interne più delicate e complesse senza alcun danno. Questa tecnologia è adatta per la realizzazione di prototipi estetici e funzionali di altissima risoluzione, oppure per fare produzione di componenti realizzati con resine o cere fondibili per il settore della gioielleria e non solo.
DMP
La stampa diretta in metallo (DMP), detta anche sinterizzazione laser diretta in metallo (DMLS), è una tecnologia di produzione additiva che consente di costruire parti in metallo complesse di alta qualità a partire da dati CAD 3D. Nella macchina, un laser a elevata precisione viene direzionato verso le particelle di polvere di metallo per costruire in maniera selettiva strati metallici uno dopo l’altro.
Questa tecnologia consente la produzione di parti metalliche con geometrie complesse, altrimenti impossibile con le tecnologie di fusione o sottrazione tradizionali. È disponibile una vasta gamma di metalli funzionali per la stampa di progetti, dai prototipi alla produzione in serie di parti ad uso finale. La stampa DMP trova largo impiego nel settore dell’aerospazio, del dentale, del motorsport e per applicazioni termofluidodinamiche ad altissima efficienza.
ADAM
La tecnologia Adam è una particolare tecnica di stampa 3D che lavora il metallo, partendo da un filamento ed utilizzando una testa di lavorazione, con un principio di funzionamento equivalente alle stampanti 3D FDM. Tuttavia, il filamento non è composto solo dal solo metallo, ma anche da un legante polimerico ceroso che ne consente la posa in opera. Il componente che deriva dal processo di stampa 3D non è dunque definitivo, ma necessita di una fase di lavaggio (per eliminare la parte cerosa) e di una sinterizzazione (in forno di sinterizzazione dedicato) per eliminare la parte polimerica.
Tra i materiali disponibili, spiccano acciaio altolegati, super rapidi e per utensili, oltre che superleghe di Nichel e Rame puro. Questa tecnologia risulta molto più versatile in termini processuali rispetto alle tecnologie a letto di polvere, ed i campi di applicazione vanno dalla prototipazione alla realizzazione di componenti ad uso definitivo come induttori, attrezzature speciali ed elettrodi per elettroerosione.
CJP
ColorJet Printing (CJP) è una tecnologia di produzione additiva che coinvolge due componenti essenziali: il materiale di base (Core) e il legante. Il materiale Core™ viene steso a strati sottili sulla piattaforma di stampa con l’utilizzo di un rullo. Dopo la stesura di ogni strato, il legante a colori viene proiettato selettivamente dalle testine di stampa a getto d’inchiostro, facendo solidificare il materiale di base. La piattaforma di stampa si abbassa per consentire la visualizzazione e la stampa dei livelli successivi, dando luogo alla creazione di un modello a colori tridimensionale.