Stampa 3D: differenze tra le versioni
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[[Immagine:3D scanning and printing.jpg|thumb|left|Un esempio di replica di un oggetto reale per mezzo della [[Scanner 3D|scansione 3D]] e della stampa 3D: il modello di [[gargoyle]] sulla sinistra è stato acquisito digitalmente usando uno scanner 3D e i dati 3D così prodotti sono stati elaborati usando [[MeshLab]]. Il [[Modellazione 3D|modello 3D]] digitale risultante, mostrato sullo schermo del portatile, è stato usato da una macchina di [[prototipazione rapida]] per creare una replica reale in resina dell'oggetto originale]] |
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La stampa 3D si usa comunemente nella visualizzazione dei modelli, nella prototipazione/CAD, nella colata dei metalli, nell'architettura, nell'educazione, nella tecnica geospaziale, nella sanità e nell'intrattenimento/vendità al dettaglio. Altre applicazioni includerebbero la ricostruzione dei fossili in [[paleontologia]], la replica di manufatti antichi e senza prezzo in archeologia, la ricostruzione di ossa e parti di corpo in [[medicina legale]] e la ricostruzione di prove gravemente danneggiate acquisite dalle indagini sulla scena del crimine. |
La stampa 3D si usa comunemente nella visualizzazione dei modelli, nella prototipazione/CAD, nella colata dei metalli, nell'architettura, nell'educazione, nella tecnica geospaziale, nella sanità e nell'intrattenimento/vendità al dettaglio. Altre applicazioni includerebbero la ricostruzione dei fossili in [[paleontologia]], la replica di manufatti antichi e senza prezzo in archeologia, la ricostruzione di ossa e parti di corpo in [[medicina legale]] e la ricostruzione di prove gravemente danneggiate acquisite dalle indagini sulla scena del crimine. |
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Versione delle 12:33, 10 mar 2012
La stampa 3D rappresenta la naturale evoluzione della stampa 2D e permette di avere una riproduzione reale di un modello 3D realizzato con un software di modellazione 3D.[1] Inoltre essa è considerata una forma di produzione additiva mediante cui vengono creati oggetti tridimensionali da strati di materiali successivi.[2]
Le stampanti 3D sono generalmente più veloci, più affidabili e più semplici da usare rispetto ad altre tecnologie per la produzione additiva.
Le stampanti 3D offrono la possibilità di stampare e assemblare parti composte da diversi materiali con diverse proprietà fisiche e meccaniche in un singolo processo di costruzione. Le tecnologie di stampa 3D avanzate creano modelli che emulano molto da vicino l'aspetto e le funzionalità dei prototipi.
Una stampante 3D lavora prendendo un file 3D da un computer e utilizzandolo per fare una serie di porzioni in sezione trasversale. Ciascuna porzione è poi stampata l'una in cima all'altra per creare l'oggetto 3D.
«La stampa tridimensionale rende economico creare singoli oggetti tanto quanto crearne migliaia e quindi mina le economie di scala. Essa potrebbe avere sul mondo un impatto così profondo come lo ebbe l'avvento della fabbrica... Proprio come nessuno avrebbe potuto predire l'impatto del motore a vapore nel 1750—o della macchina da stampa nel 1450, o del transistor nel 1950—è impossibile prevedere l'impatto a lungo termine della stampa 3D. Ma la tecnologia sta arrivando, ed è probabile che sovverta ogni campo che tocchi.»
Negli ultimi anni il costo delle stampanti 3D è crollato,[4] rendendole economicamente accessibili alle piccole e medie imprese e favorendone l'ingresso nel mondo degli uffici. Sebbene la prototipazione rapida domini gli usi attuali, le stampanti 3D offrono un grande potenziale per la produzione di applicazioni. La tecnologia trova anche uso nel settore della gioielleria, calzoleria, progettazione industriale, architettura, automotiva, aerospaziale, medico e dentistico.
A Gennaio 2012 The Pirate Bay ha annunciato il lancio di un nuovo tipo di file: i Physible (in italiano: Fisibili) capaci di produrre oggetti 3d attraverso le relative stampanti[5].
Metodi
Per fare la stampa 3D sono disponibili numerose tecnologie concorrenti. Le loro differenze principali riguardano il modo in cui sono costruiti gli strati per creare le parti. Alcuni metodi usano materiali che si fondono o si ammorbidiscono per produrre gli strati, ad es. il selective laser sintering (SLS) e la modellazione a deposizione fusa (fused deposition modeling, FDM), mentre altri depongono materiali liquidi che sono fatti indurire con tecnologie diverse. Nel caso dei sistemi di laminazione, si hanno strati sottili che vengono tagliati secondo la forma e uniti insieme.
Ogni metodo ha i suoi vantaggi e inconvenienti, e conseguentente alcune società offrono una scelta tra polvere e polimero come materiale dal quale l'oggetto è ricavato.[6] Generalmente, i fattori principali presi in considerazione sono la velocità, il costo del prototipo stampato, il costo della stampante 3D, la scelta dei materiali, le colorazioni disponibili, ecc.[7]
Un metodo di stampa 3D consiste in un sistema di stampa a getto d'inchiostro. La stampante crea il modello uno strato alla volta spargendo uno strato di polvere (gesso o resine) e stampando con il getto d'inchiostro un legante nella sezione trasversale della parte. Il processo viene ripetuto finché non è stampato ogni strato. Questa tecnologia è l'unica che consente la stampa di prototipi interamente a colori. Questo metodo permette anche di realizzare sporgenze. È inoltre riconosciuto come il metodo più veloce.
Nel digital light processing (DLP), una vasca di polimero liquido è esposto alla luce di un proiettore DLP in condizioni di luce inattinica. Il polimero liquido esposto si indurisce. La piastra di costruzione poi si muove in basso in piccoli incrementi e il polimero liquido è di nuovo esposto alla luce. Il processo si ripete finché il modello non è costruito. Il polimero liquido è poi drenato dalla vasca, lasciando il modello solido. Lo ZBuilder Ultra è un esempio di sistema di prototipazione rapida DLP.
Il fused deposition modeling (FDM), una tecnologia sviluppata dalla Stratasys[8] che si adopera nella prototipazione rapida tradizionale, usa un ugello per depositare un polimero fuso su una struttura di supporto, strato dopo strato.
Un altro approccio è la fusione selettiva di un mezzo stampato in un letto granulare. In questa variazione, il mezzo non fuso serve a sostenere le sporgenze e le pareti sottili nella parte che viene prodotta, riducendo il bisogno di supporti ausiliari temporanei per il pezzo da lavorare. Normalmente si usa un laser per sinterizzare il mezzo e formare il solido. Esempi di questa tecnica sono l'SLS (selective laser sintering) e il DMLS (direct metal laser sintering), che usano metalli.
Infine, le configurazioni ultrasottili sono realizzate mediante la tecnica di microfabbricazione 3D della fotopolimerizzazione a due fotoni. In questo approccio, l'oggetto 3D desiderato è evidenziato in un blocco di gel da un laser concentrato. Il gel è fatto indurire in un solido nei punti dov'era concentrato il laser, grazie alla natura non lineare della fotoeccitazione, ed il gel rimanente viene poi lavato via. Si producono facilmente configurazioni con dimensioni al di sotto dei 100 nm, così come strutture complesse quali parti mobili e intrecciate.[9]
Diversamente dalla stereolitografia, la stampa 3D a getto d'inchiostro è ottimizzata per velocità, costo contenuto e facilità d'uso, rendendola adatta per la visualizzazione dei modelli elaborati durante gli stadi concettuali della progettazione ingegneristica fino agli stadi iniziali del collaudo funzionale. Non sono richieste sostanze chimiche tossiche come quelle utilizzate nella stereolitografia, ed è necessario un lavoro minimo di finitura dopo la stampa; occorre soltanto usare la stessa stampante per soffiare via la polvere circostante dopo il processo di stampa. Le stampe con polvere legata possono essere ulteriormente rinforzate mediante l'impregnazione con cera o polimero termofissato. Nell'FDM le parti possono essere rinforzate inserendo un altro metallo nella parte mediante assorbimento per capillarità.
Nel 2006, Sébastien Dion, John Balistreri e altri presso l'Università statale di Bowling Green cominciarono una ricerca sulle macchine per la prototipazione rapida in 3D, creando oggetti d'arte ceramica stampati. Questa ricerca ha portato all'invenzione di polveri ceramiche e di sistemi di legatura che consentono di stampare materiale di argilla da un modello al computer e poi di cuocerlo per la prima volta.[10]
Risoluzione
La risoluzione è espressa in spessore degli strati e la risoluzione X-Y in dpi. Lo spessore degli strati tipicamente è intorno ai 100 micrometri (0,1 mm), mentre la risoluzione X-Y è paragonabile a quella delle stampanti laser. Le particelle (punti 3D) hanno un diametro all'incirca da 50 a 100 micrometri (0,05-0,1 mm).
Applicazioni
La stampa 3D si usa comunemente nella visualizzazione dei modelli, nella prototipazione/CAD, nella colata dei metalli, nell'architettura, nell'educazione, nella tecnica geospaziale, nella sanità e nell'intrattenimento/vendità al dettaglio. Altre applicazioni includerebbero la ricostruzione dei fossili in paleontologia, la replica di manufatti antichi e senza prezzo in archeologia, la ricostruzione di ossa e parti di corpo in medicina legale e la ricostruzione di prove gravemente danneggiate acquisite dalle indagini sulla scena del crimine.
Più recentemente, si è suggerito l'uso della tecnologia della stampa 3D per espressioni di tipo artistico.[11] Gli artisti hanno usato le stampanti 3D in vari modi.[12]
La tecnologia della stampa 3D viene attualmente studiata dalle aziende e dalle accademie di biotecnologia per il possibile uso nelle applicazioni di ingegneria tissutale in cui sono costruiti organi e parti di corpo usando tecniche a getto d'inchiostro. Strati di cellule viventi sono depositati su un mezzo gelatinoso e accumulati lentamente per formare strutture tridimensionali. Per riferirsi a questo campo di ricerca si sono usati vari termini: tra gli altri, stampa organica, bio-stampa e ingegneria tissutale assistita da elaboratore.[13] La stampa 3D può produrre una protesi personalizzata dell'anca in un unico passaggio, con la parte sferica dell'articolazione permanentemente nella cavità articolare, e anche con le attuali risoluzioni di stampa l'unità non richiederà la lucidatura.
L'uso delle tecnologie di scansione 3D consente la replica di oggetti reali senza l'utilizzo delle tecniche di stampaggio, che in molti casi possono essere più costose, più difficili, o anche più invasive da eseguire; particolarmente con preziosi o delicati manufatti dei beni culturali[14] dove il contatto diretto delle sostanze di stampaggio potrebbe danneggiare la superficie dell'oggetto originale.
Stampanti 3D per uso domestico
Ci sono stati vari sforzi, spesso collegati, per sviluppare stampanti 3D adatte all'uso da tavolo, e per rendere questa tecnologia disponibile a livelli di prezzo accessibili a molti utenti finali individuali. Molto di questo lavoro è stato guidato da e focalizzato su comunità di utenti fai da te/entusiasti/precoci, con legami sia con il mondo accademico che con quello degli "smanettoni".[15]
RepRap è un progetto che mira a produrre una stampante 3D FLOSS, le cui specifiche complete sono distribuite sotto la GNU General Public License, e che può stampare una copia di sé stessa. Alla data del novembre 2010, la RepRap poteva stampare solo parti in plastica. La ricerca è in corso per permettere al dispositivo di stampare anche circuiti stampati, nonché parti in metallo.
Tecnologie di prototipazione e i loro materiali di base
- Selective laser sintering (SLS): Termoplastica, metalli, sabbia, vetro
- Modellazione a deposizione fusa (Fused deposition modeling, FDM): Termoplastica
- Stereolitografia (SL): Fotopolimero
- Produzione di oggetti laminati: Fogli laminati (spesso carta) e colla
- Electron beam melting (EBM): Leghe di titanio
- Stampa 3D (3D printing, 3DP): Vari materiali, comprese resine
- Stampa di ceramica 3D: Vari materiali di argilla e ceramica.
Note
- ^ Evoluzione della stampa digitale (Articolo e Video)
- ^ Vedi animazione della stratificazione
- ^ Print me a Stradivarius, in Leader, The Economist, 10 febbraio 2011. URL consultato il 15-02-2011.
- ^ Close-Up On Technology - 3D Printers Lead Growth of Rapid Prototyping - 08/04, su ptonline.com. URL consultato il 01-09-2009.
- ^ http://www.repubblica.it/tecnologia/2012/02/02/news/pirate_bay_lancia_i_pysbles_oggetti_reali_da_stampare_in_3d-29087296/ Pirate Bay lancia i "Physibles" oggetti reali da stampare in 3d
- ^ The World In 2008, Economist.com, 15 novembre 2007. URL consultato il 01-09-2009.
- ^ Factors to Consider When Choosing a 3D Printer, su wohlersassociates.com. URL consultato il 01-09-2009.
- ^ Chee Kai Chua, Kah Fai Leong, Chu Sing Lim, Rapid Prototyping, World Scientific, 2003, p. 124, ISBN 9789812381170. URL consultato il 31-10-2008.
- ^ Cheaper avenue to 65 nm?, su eetimes.com. URL consultato il 10-09-2009.
- ^ John Balistreri, Creating Ceramic Art Using the Rapid Prototyping Process, in Studio Potter, vol. 36, n. 2, estate-autunno 2008.
- ^ How 3-D Printing Figures To Turn Web Worlds Real (PDF), su zcorp.com, Wall Street Journal Online, 12 dicembre 2007. URL consultato il 01-09-2009.
- ^ Séquin, C. H. 2005. Rapid prototyping: a 3d visualization tool takes on sculpture and mathematical forms. Commun. ACM 48, 6 (giugno 2005), 66-73. [1]
- ^ ABC News: 'Organ Printing' Could Drastically Change Medicine, su abcnews.go.com. URL consultato il 01-09-2009.
- ^ Paolo Cignoni, Roberto Scopigno, Sampled 3D models for CH applications: A viable and enabling new medium or just a technological exercise? (PDF), in ACM Journal on Computing and Cultural Heritage, vol. 1, n. 1, giugno 2008, p. 1, DOI:10.1145/1367080.1367082.
- ^ http://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=131644649
Voci correlate
- Litografia colloidale
- Prototipazione rapida
- Progetto RepRap
- Kent's Strapper Team
- Produzione additiva
- STL
Altri progetti
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