Stampa 3D: cosa devi sapere

Non sono la stampante a margherita di tuo nonno o la matrice di punti di tua madre. In realtà, hanno poca somiglianza con le stampanti di documenti o foto di oggi, che possono stampare solo in noiose vecchie due dimensioni. Come suggerisce il nome, le stampanti 3D possono costruire oggetti tridimensionali, con una varietà di materiali. Stanno diventando mainstream, presentandosi presso rivenditori come Staples, Best Buy e Home Depot, e puoi acquistare numerose stampanti 3D e le loro forniture su Amazon.com e attraverso altri punti vendita online. Sebbene si trovino ancora principalmente nelle officine o negli studi di design, nelle scuole e nei centri della comunità e nelle mani degli hobbisti, le stampanti 3D si trovano sempre più spesso nei banchi da lavoro, nelle sale ricreative e nelle cucine e forse in una casa vicino a te, se non tuo.

Che cos'è la stampa 3D?

Nella sua forma più semplice, la stampa 3D è un processo di fabbricazione in cui il materiale viene steso, strato per strato, per formare un oggetto tridimensionale. (Questo è considerato un processo additivo perché l'oggetto è costruito da zero, al contrario dei processi sottrattivi in ​​cui il materiale viene tagliato, forato, fresato o lavorato.) Sebbene le stampanti 3D impieghino una varietà di materiali (come plastica o metallo) e tecniche (vedi "Come funziona la stampa 3D?" di seguito), condividono la capacità di trasformare file digitali contenenti dati tridimensionali, sia creati su un programma di progettazione assistita da computer (CAD) o di produzione assistita da computer (CAM), o da uno scanner 3D - in oggetti fisici.

La stampa 3D è pari alla stampa?

Sì, la stampa 3D può essere considerata la stampa, anche se non come è stata tradizionalmente definita. Le definizioni pertinenti di Webster di "stampa" si concentrano sulla produzione di stampati, pubblicazioni o fotografie e sulla produzione mediante impronta (l'applicazione della pressione). Nessuna definizione si adatta davvero alla stampa 3D. Ma dal punto di vista tecnologico, la stampa 3D è una crescita della stampa tradizionale, in cui viene applicato uno strato di materiale (solitamente inchiostro). Di solito è così sottile che non c'è un'altezza evidente (anche se con le stampanti a inchiostro solido, è un po 'più spesso). Ciò che fa la stampa 3D è estendere notevolmente tale altezza attraverso l'applicazione di più livelli. Quindi avrebbe senso espandere la definizione di stampa per includere la fabbricazione di oggetti tridimensionali in questo modo.

Come funziona la stampa 3D?

Proprio come le stampanti tradizionali, le stampanti 3D utilizzano una varietà di tecnologie. Il più comunemente noto è il modello di deposizione fusa (FDM), noto anche come fabbricazione di filamenti fusi (FFF). In esso, un filamento - composto da acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS), acido polilattico (PLA) o un altro termoplastico - viene fuso e depositato a strati attraverso un ugello di estrusione riscaldato. Le prime stampanti 3D sul mercato, realizzate a metà degli anni '90 da Stratasys con l'aiuto di IBM, utilizzavano FDM (un marchio registrato da Stratasys), così come la maggior parte delle stampanti 3D orientate a consumatori, hobbisti e scuole.

Un'altra tecnologia utilizzata nella stampa 3D è la stereolitografia. In esso, un laser UV viene proiettato in una vasca di fotopolimero sensibile ai raggi ultravioletti, tracciando l'oggetto da creare sulla sua superficie. Il polimero si solidifica ovunque il raggio lo tocchi e il raggio "stampa" l'oggetto strato per strato secondo le istruzioni nel file CAD o CAM da cui sta lavorando.

In una variante, hai anche la stampa 3D del proiettore di luce digitale (DLP). Questo metodo espone un polimero liquido alla luce proveniente da un proiettore digitale per l'elaborazione della luce. Questo indurisce il polimero strato per strato fino a quando l'oggetto non viene costruito e il rimanente polimero liquido viene scaricato.

La modellazione a getto multiplo è un sistema di stampa 3D simile a un getto di inchiostro che spruzza un legante colorato simile a colla su strati successivi di polvere in cui l'oggetto deve essere formato. Questo è uno dei metodi più veloci e uno dei pochi che supporta la stampa multicolore.

È possibile modificare un getto di inchiostro standard per stampare con materiali diversi dall'inchiostro. I fai-da-te intraprendenti hanno costruito o modificato testine di stampa, generalmente testine piezoelettriche, per lavorare con vari materiali, in alcuni casi stampando le testine stesse su altre stampanti 3D! Aziende come MicroFab Technologies vendono testine di stampa 3D (nonché sistemi di stampa completi).

La sinterizzazione laser selettiva (SLS) utilizza un laser ad alta potenza per fondere particelle di plastica, metallo, ceramica o vetro. Alla fine del lavoro, il materiale rimanente viene riciclato. La fusione del fascio di elettroni (EBM) utilizza - avete indovinato - un fascio di elettroni per fondere polvere di metallo, strato per strato. Il titanio viene spesso utilizzato con EBM per sintetizzare impianti medici e parti di aeromobili.

A seconda della tecnica, le stampanti 3D possono utilizzare una varietà di materiali, inclusi ma non limitati a metalli (acciaio inossidabile, saldatura, alluminio e titanio tra loro); materie plastiche e polimeri (compresi i compositi che combinano la plastica con metalli, legno e altri materiali); ceramica; gesso; bicchiere; e persino prodotti alimentari come formaggio, glassa e cioccolato! (Vedi il nostro primer sui tipi di filamenti per stampanti 3D.)

Chi ha inventato la stampa 3D?

La prima stampante 3D, che utilizzava la tecnica stereolitografica, è stata creata da Charles W. Hull a metà degli anni '80. La stereolitografia è in gran parte una tecnica commerciale costosa, con macchine che costano spesso $ 100.000 o più.

Nel 1986, Hull ha fondato 3D Systems, un'azienda che oggi vende stampanti 3D che utilizzano una varietà di tecnologie. Esse vanno dai kit entry-level ai sistemi commerciali avanzati e 3D Systems fornisce anche servizi di parti su richiesta, principalmente agli utenti aziendali.

Quali sono i vantaggi della stampa 3D?

Con la stampa 3D, i progettisti hanno la capacità di trasformare rapidamente concetti in modelli o prototipi 3D (ovvero "prototipazione rapida") e implementare rapidi cambiamenti di progettazione. Consente ai produttori di produrre prodotti su richiesta anziché in grandi tirature, migliorando la gestione delle scorte e riducendo lo spazio del magazzino. Le persone in località remote possono fabbricare oggetti che altrimenti sarebbero inaccessibili a loro.

Da un punto di vista pratico, la stampa 3D può risparmiare denaro e materiale rispetto alle tecniche sottrattive, poiché si spreca pochissima materia prima. E promette di cambiare la natura della produzione, consentendo infine ai consumatori di scaricare file per la stampa di oggetti 3D anche complessi, inclusi, ad esempio, dispositivi elettronici, nelle loro case.

Cosa possono fare le stampanti 3D?

I progettisti utilizzano le stampanti 3D per creare rapidamente modelli e prototipi di prodotti, ma vengono sempre più utilizzati anche per realizzare prodotti finali. Tra gli articoli realizzati con stampanti 3D ci sono design di scarpe, mobili, pezzi fusi in cera per realizzare gioielli, strumenti, treppiedi, articoli da regalo e novità e giocattoli. Le industrie automobilistiche e aeronautiche utilizzano stampanti 3D per realizzare parti. Gli artisti possono creare sculture e gli architetti possono fabbricare modelli dei loro progetti. Gli archeologi stanno usando stampanti 3D per ricostruire modelli di fragili manufatti, tra cui alcune delle antichità che negli ultimi anni sono state distrutte dall'ISIS. Allo stesso modo, i paleontologi e i loro studenti possono duplicare scheletri di dinosauri e altri fossili. Dai un'occhiata alla nostra galleria di oggetti stampante 3D semplici e pratici.

I medici e i tecnici medici possono utilizzare la stampa 3D per realizzare protesi, apparecchi acustici, denti artificiali e innesti ossei, nonché replicare modelli di organi, tumori e altre strutture corporee interne dalle scansioni TC in preparazione all'intervento chirurgico. Un buon esempio è il Progetto Daniel, che stampa in 3D braccia e mani protesiche per le vittime della violenza in Sudan. Inoltre, sono in fase di sviluppo stampanti 3D in grado di deporre strati di cellule per creare organi artificiali (come reni e vasi sanguigni). C'è persino un posto per la stampa 3D in medicina legale, ad esempio per replicare un proiettile alloggiato all'interno di una vittima.

L'elettronica stampata è un insieme di metodi di stampa che consente di stampare dispositivi elettronici o circuiti su materiale flessibile come etichette, tessuti e cartone, mediante l'applicazione di inchiostri elettronici o ottici. Fornisce una fabbricazione molto economica di dispositivi a basse prestazioni. L'elettronica stampata sta iniziando a essere combinata con la stampa 3D, consentendo la stampa di circuiti o dispositivi a strati. Una naturale crescita di questa potente combinazione è che un giorno potresti essere in grado di stampare gadget da piani 3D anziché acquistarli.

La preparazione del cibo è un altro modo in cui è possibile utilizzare le stampanti 3D. L'istituto culinario francese ha utilizzato una stampante 3D open source sviluppata presso la Cornell University per preparare prelibatezze artistiche e il MIT ha creato una stampante 3D per alimenti chiamata Cornucopia. Un numero limitato di ristoranti sta testando prototipi di stampanti alimentari. La ricerca sulla stampa 3D della NASA ha incluso la stampa di alimenti, come la pizza stampata in 3D.

Una manciata di stampanti 3D per alimenti sono diventate disponibili in commercio. Tendono a concentrarsi su particolari prodotti alimentari, come cioccolato, pancake o biscotti.

Cosa sono i servizi di stampa 3D?

Non è necessario possedere una stampante 3D per trarne vantaggio. Molti servizi di stampa 3D, come Shapeways e Sculpteo, stampano regali e altri piccoli oggetti su ordinazione con le proprie stampanti 3D, quindi li spediscono al cliente. I clienti possono inviare i propri file di oggetti 3D o scegliere elementi, la maggior parte progettati da altri utenti del servizio, da un catalogo online.

Ma i servizi di stampa 3D non sono più solo il dominio degli specialisti. Grandi aziende come Staples e UPS hanno introdotto servizi di stampa 3D e alcune tipografie tradizionali hanno aggiunto la stampa 3D al loro repertorio.

Dove posso trovare una stampante 3D?

La maggior parte dei produttori di stampanti 3D vendono i loro prodotti direttamente online. Molti e-tailer ora li vendono, comprese le società solo online come Amazon.com e altri che hanno anche negozi di mattoni e malta. Alcuni di questi ultimi, come Walmart, Best Buy e Staples, li offrono sia nei negozi che online, ma assicurati di controllare la disponibilità dei negozi sui loro siti Web poiché non tutti i negozi li trasportano. Diversi negozi di stampanti 3D sono stati aperti nelle principali città. Ad esempio, iMakr ha vetrine a Londra e New York City.

Alcuni rivenditori online sono specializzati in stampanti 3D, come Dynamism, che vende una gamma di stampanti 3D di diverse marche e fornisce anche assistenza ai clienti.

Di quale software ho bisogno per la stampa 3D?

Quasi tutte le stampanti 3D accettano file nel cosiddetto formato STL (chiamato per stereolitografia). Questi tipi di file possono essere prodotti dalla maggior parte dei software CAD, da costosi pacchetti commerciali come AutoCAD a prodotti gratuiti o open-source come Google SketchUp e Blender. Per coloro che non sono propensi a creare i propri file 3D, i database di oggetti 3D come Thingiverse di MakerBot offrono numerosi file di oggetti 3D che possono essere scaricati e stampati.

La maggior parte delle stampanti 3D viene fornita con una suite software, fornita su disco o disponibile per il download, che include tutto il necessario per ottenere la stampa. Le suite in genere forniscono un programma per il controllo della stampante e di un'affettatrice, che, in preparazione alla stampa, formatta il file oggetto in livelli in base alla risoluzione selezionata e ad altri fattori. Alcune suite includono un programma per "curare" il file oggetto correggendo i problemi che potrebbero interferire con una stampa fluida. I programmi sono nati dal movimento open source RepRap, da cui si è sviluppata la stampa 3D per hobby. Con alcune stampanti, è possibile scegliere i programmi dei singoli componenti da scaricare piuttosto che andare con tutto ciò che viene fornito nella suite.

Cosa riserva il futuro per la stampa 3D?

È disponibile una vasta gamma di stampanti 3D per case e piccole imprese (PCMag ne ha esaminate parecchie), ma sono ancora spesso considerate aggeggi esotici e piuttosto costosi. Aspettatevi che cambi nei prossimi anni, quando le stampanti 3D diventeranno più comuni nelle case, da trovare nei banchi da lavoro, negli studi, negli uffici domestici e persino in cucina. Potresti non trovarli in ogni famiglia, ma diventeranno indispensabili per quelle persone che li hanno. Per la maggior parte, gli articoli realizzati con stampanti 3D hanno interni omogenei, ma inizieremo a vedere creazioni più complesse che combinano più materiali e compositi, nonché elettronica stampabile. Con le stampanti 3D di oggi, se si perde il coperchio della batteria del telecomando del televisore, è possibile stampare un coperchio sostitutivo. Con domani, se perdi il telecomando, sarai in grado di stampare un nuovo telecomando.

Inoltre, la stampa 3D sta guadagnando un punto d'appoggio nello spazio. La NASA sta sperimentando stampanti 3D a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Alla fine, le stampanti 3D potrebbero essere utilizzate per creare habitat su Marte e altri mondi. Per salvare gli astronauti dell'Apollo 13 dalla morte dell'asfissia da monossido di carbonio, la NASA doveva in effetti trovare un modo per inserire un piolo quadrato in un foro circolare. Se fosse stata installata una stampante 3D, avrebbero potuto facilmente risolvere il problema progettando e stampando un connettore.

Gli astronauti non possono oscillare con Home Depot se devono sostituire una valvola o un widget, ma una stampante 3D potrebbe fabbricarne uno secondo necessità. Allo stesso modo, vedremo stampanti 3D nelle basi antartiche e in altre posizioni terrestri remote, dove la gente non può aspettare sei mesi per il prossimo rifornimento per sostituire parti o strumenti essenziali.

Le applicazioni mediche della stampa 3D non si fermano a protesi, apparecchi acustici e corone dentali. (Vedi "Cosa possono fare le stampanti 3D?" Sopra per un'anteprima di ciò che sta funzionando.) I pezzi di ricambio non devono essere limitati a quelli meccanici.

Negli ultimi anni abbiamo assistito a un'esplosione della varietà e degli usi delle stampanti 3D. È simile a dove era il personal computer intorno al 1980. Sebbene sia abbastanza facile vedere alcune delle aree in cui si diramerà il campo della stampa 3D, altre sono al di là della nostra capacità di prevedere, proprio come nessuno nel 1980 avrebbe potuto immaginare molto di ciò che il personal computer si trasformerebbe in. È possibile che la stampa 3D non abbia lo stesso impatto del PC, ma ha il potenziale per rivoluzionare la produzione e, forse più importante, portarla nelle mani dei consumatori di tutti i giorni. Una cosa è certa, però: la stampa 3D è qui per restare.

Per ulteriori informazioni, consulta la nostra guida alle 10 migliori stampanti 3D e alcuni approfondimenti da un early adopter.