La stampa 3D o la produzione additiva è un processo di creazione di oggetti solidi tridimensionali da un file digitale.

La creazione di un oggetto stampato in 3D viene ottenuta utilizzando processi additivi. In un processo additivo un oggetto viene creato stabilendo strati successivi di materiale fino alla creazione dell’oggetto. Ciascuno di questi strati può essere visto come una sezione trasversale sottile dell’oggetto.

La stampa 3D è l’opposto della produzione sottrattiva che sta tagliando / svuotando un pezzo di metallo o plastica con ad esempio una fresatrice.

La stampa 3D consente di produrre forme complesse utilizzando meno materiale rispetto ai metodi di produzione tradizionali.

Come funziona la stampa 3D?

Tutto inizia con un modello 3D. Puoi scegliere di crearne uno da zero o scaricarlo da una libreria 3D.

Software 3D

Sono disponibili molti strumenti software diversi. Dal grado industriale all’open source. Abbiamo creato una panoramica sulla nostra pagina software 3D.

Consigliamo spesso ai principianti di iniziare con Tinkercad. Tinkercad è gratuito e funziona nel tuo browser, non è necessario installarlo sul tuo computer. Tinkercad offre lezioni per principianti e ha una funzione integrata per esportare il modello come file stampabile, ad es.STL o .OBJ.

Ora che hai un file stampabile, il passo successivo è prepararlo per la tua stampante 3D. Questo è chiamato affettare.

Affettare: Dal file stampabile alla stampante 3D

Affettare significa fondamentalmente affettare un modello 3D in centinaia o migliaia di livelli ed è fatto con il software di affettatura.

Quando il file viene affettato, è pronto per la stampante 3D. L’alimentazione del file alla stampante può essere effettuata tramite USB, SD o Wi-Fi. Il file affettato è ora pronto per essere stampato in 3D strato per strato.

Industria della stampa 3D

L’adozione della stampa 3D ha raggiunto una massa critica in quanto coloro che devono ancora integrare la produzione additiva da qualche parte nella loro catena di fornitura fanno ora parte di una minoranza sempre più ridotta. Dove la stampa 3D era adatta solo per la prototipazione e la produzione una tantum nelle prime fasi, ora si sta rapidamente trasformando in una tecnologia di produzione.

La maggior parte della domanda attuale di stampa 3D è di natura industriale. Acumen Research and Consulting prevede che il mercato globale della stampa 3D raggiungerà $41 miliardi entro il 2026.

Man mano che si evolve, la tecnologia di stampa 3D è destinata a trasformare quasi tutti i principali settori industriali e cambiare il modo in cui viviamo, lavoriamo e giochiamo in futuro.

Esempi di stampa 3D

La stampa 3D comprende molte forme di tecnologie e materiali poiché la stampa 3D viene utilizzata in quasi tutti i settori a cui si potrebbe pensare. È importante vederlo come un cluster di industrie diverse con una miriade di applicazioni diverse.

Alcuni esempi:

• – prodotti di consumo (occhiali, calzature, design, arredamento)
• – prodotti industriali, strumenti di produzione, prototipi funzionali con parti)
• – dental products
• – protesi
• – architettonici, modelli in scala & modelli
• – la ricostruzione di fossili
• – la replica di manufatti antichi
• – la ricostruzione di prove in patologia forense
• – movie props

Prototipazione Rapida & Rapid Manufacturing

Le aziende hanno utilizzato le stampanti 3D nel processo di progettazione per creare prototipi dalla fine degli anni Settanta. L’utilizzo di stampanti 3D per questi scopi è chiamato prototipazione rapida.

Perché utilizzare stampanti 3D per la prototipazione rapida?
In breve: è veloce e relativamente economico. Dall’idea, al modello 3D per tenere un prototipo tra le mani è una questione di giorni invece di settimane. Le iterazioni sono più facili ed economiche da realizzare e non hai bisogno di stampi o strumenti costosi.

Oltre alla prototipazione rapida, la stampa 3D viene utilizzata anche per la produzione rapida. Rapid manufacturing è un nuovo metodo di produzione in cui le aziende utilizzano stampanti 3D per la produzione personalizzata a breve termine / piccoli lotti.

Automotive

Le case automobilistiche utilizzano da molto tempo la stampa 3D. Le aziende automobilistiche stanno stampando pezzi di ricambio, strumenti, maschere e dispositivi, ma anche parti di uso finale. La stampa 3D ha permesso la produzione on-demand che ha portato a livelli di magazzino più bassi e ha accorciato i cicli di progettazione e produzione.

Gli appassionati di automobili di tutto il mondo utilizzano parti stampate in 3D per ripristinare vecchie auto. Uno di questi esempi è quando gli ingegneri australiani hanno stampato parti per riportare in vita un Delage Type-C. In tal modo, hanno dovuto stampare parti che erano fuori produzione per decenni.

Aviazione

L’industria aeronautica utilizza la stampa 3D in molti modi diversi. Il seguente esempio segna una significativa pietra miliare nella produzione di stampa 3D: GE Aviation ha stampato 3D 30.000 ugelli di carburante cobalto-cromo per i suoi motori aeronautici LEAP. Hanno raggiunto questo traguardo nell’ottobre di 2018, e considerando che producono 600 a settimana su quaranta stampanti 3D, è probabilmente molto più alto di quello ora.

Una ventina di singole parti che in precedenza dovevano essere saldate insieme sono state consolidate in un unico componente stampato in 3D che pesa il 25% in meno ed è cinque volte più forte. Il motore LEAP è il motore più venduto nell’industria aerospaziale grazie al suo alto livello di efficienza e GE risparmia million 3 milioni per aeromobile stampando in 3D gli ugelli del carburante, quindi questa singola parte stampata in 3D genera centinaia di milioni di dollari di benefici finanziari.

Gli ugelli di carburante di GE si sono fatti strada anche nel Boeing 787 Dreamliner, ma non è l’unica parte stampata in 3D nel 787. I raccordi strutturali lunghi 33 centimetri che tengono la cucina di poppa alla cellula sono stampati in 3D da una società chiamata Norsk Titanium. Norsk ha scelto di specializzarsi in titanio perché ha un rapporto resistenza-peso molto elevato ed è piuttosto costoso, il che significa che la riduzione degli sprechi abilitata dalla stampa 3D ha un impatto finanziario più significativo rispetto ai metalli più economici dove i costi dei rifiuti materiali sono più facili da assorbire. Piuttosto che sinterizzare la polvere di metallo con un laser come la maggior parte delle stampanti 3D in metallo, il Norsk Merke 4 utilizza un arco al plasma per fondere un filo metallico in un processo chiamato Rapid Plasma Deposition (una forma di deposizione di energia diretta) che può depositare fino a 10 kg di titanio all’ora. Una parte in titanio da 2 kg richiederebbe generalmente un blocco di titanio da 30 kg per lavorarlo, generando 28 kg di rifiuti, ma la stampa 3D della stessa parte richiede solo 6 kg di filo di titanio.

Costruzione

È possibile stampare un edificio? – si ‘che lo e’. Le case stampate in 3D sono già disponibili in commercio. Alcune aziende stampano parti prefabbricate e altre lo fanno in loco.

La maggior parte delle storie di stampa di calcestruzzo che guardiamo in questo sito sono focalizzate su sistemi di stampa di calcestruzzo su larga scala con ugelli abbastanza grandi per una grande portata. È ottimo per la posa di strati di calcestruzzo in modo abbastanza rapido e ripetibile. Ma per davvero intricato lavoro concreto che fa pieno uso delle capacità di stampa 3D richiede qualcosa di un po ‘ più agile, e con un tocco più fine.

Prodotti di consumo

Quando abbiamo iniziato a bloggare sulla stampa 3D nel 2011, la stampa 3D non era pronta per essere utilizzata come metodo di produzione per grandi volumi. Al giorno d’oggi ci sono numerosi esempi di prodotti di consumo stampati 3D di uso finale.

Calzature

La gamma 4D di Adidas ha un’intersuola completamente stampata in 3D e viene stampata in grandi volumi. Abbiamo fatto un articolo allora, spiegando come Adidas stava inizialmente rilasciando solo 5.000 paia di scarpe al pubblico, e aveva lo scopo di vendere 100.000 paia di disegni AM-infuso da 2018.

Con le loro ultime iterazioni della scarpa, sembra che abbiano superato quell’obiettivo, o siano sulla buona strada per superarlo. Le scarpe sono disponibili in tutto il mondo da negozi Adidas locali e anche da vari punti vendita online 3rd party.

Occhiali

Si prevede che il mercato degli occhiali stampati in 3D raggiungerà i 3,4 miliardi di dollari entro il 2028. Una sezione in rapido aumento è quella dei telai per uso finale. La stampa 3D è un metodo di produzione particolarmente adatto per montature per occhiali perché le misure di un individuo sono facili da elaborare nel prodotto finale.

Ma lo sapevate che è anche possibile stampare lenti 3D? Le lenti in vetro tradizionali non iniziano sottili e leggere; sono tagliate da un blocco di materiale molto più grande chiamato vuoto, di cui circa l ‘ 80% va sprecato. Se consideriamo quante persone indossano gli occhiali e quanto spesso hanno bisogno di ottenere un nuovo paio, 80% di quei numeri è un sacco di rifiuti. Inoltre, i laboratori devono mantenere enormi inventari di spazi vuoti per soddisfare le esigenze di visione personalizzata dei loro clienti. Infine, tuttavia, la tecnologia di stampa 3D è abbastanza avanzata da fornire lenti oftalmiche personalizzate di alta qualità, eliminando i costi di scarto e di inventario del passato. La stampante Luxexcel VisionEngine 3D utilizza un monomero di acrilato curabile ai raggi UV per stampare due paia di lenti all’ora che non richiedono alcuna lucidatura o post-elaborazione di alcun tipo. Le aree focali possono anche essere completamente personalizzati in modo che una certa area della lente in grado di fornire una migliore chiarezza a distanza, mentre una diversa area della lente fornisce una migliore visione da vicino.

Gioielli

Esistono due modi per produrre gioielli con una stampante 3D. È possibile utilizzare un processo di produzione diretto o indiretto. Direct si riferisce alla creazione di un oggetto direttamente dal design 3D mentre la produzione indiretta significa che l’oggetto (modello) stampato in 3D viene utilizzato per creare uno stampo per la microfusione.

Healthcare

Non è raro in questi giorni vedere titoli sugli impianti stampati in 3D. Spesso, questi casi sono sperimentali, il che può far sembrare che la stampa 3D sia ancora una tecnologia marginale nei settori medico e sanitario, ma non è più così. Nell’ultimo decennio, più di 100.000 protesi d’anca sono state stampate in 3D da GE Additive.

La Coppa Delta-TT progettata dal Dott. Guido Grappiolo e LimaCorporate è realizzato in Titanio Trabecolare, caratterizzato da una struttura cellulare regolare, tridimensionale, esagonale che imita la morfologia dell’osso trabecolare. La struttura trabecolare aumenta la biocompatibilità del titanio favorendo la crescita ossea nell’impianto. Alcuni dei primi impianti Delta-TT sono ancora in esecuzione forte oltre un decennio più tardi.

Un altro componente sanitario stampato in 3D che fa un buon lavoro di non essere rilevabile è l’apparecchio acustico. Quasi tutti gli apparecchi acustici degli ultimi 17 anni sono stati stampati in 3D grazie alla collaborazione tra Materialise e Phonak. Phonak ha sviluppato Rapid Shell Modeling (RSM) nel 2001. Prima di RSM, realizzare un apparecchio acustico richiedeva nove laboriosi passaggi che coinvolgevano la scultura a mano e la produzione di stampi, e i risultati erano spesso mal adattati. Con RSM, un tecnico utilizza il silicone per prendere un’impressione del condotto uditivo, che l’impressione viene scansionata in 3D, e dopo qualche piccolo ritocco il modello viene stampato in 3D con una stampante 3D in resina. L’elettronica viene aggiunta e quindi viene spedita all’utente. Utilizzando questo processo, centinaia di migliaia di apparecchi acustici vengono stampati in 3D ogni anno.

Dental

Nel settore dentale, vediamo stampi per allineatori chiari essere forse la maggior parte degli oggetti stampati in 3D nel mondo. Attualmente, gli stampi sono stampati in 3D con processi di stampa 3D basati su resina e polvere, ma anche tramite getto di materiale. Corone e protesi sono già stampate direttamente in 3D, insieme alle guide chirurgiche.

Bio-stampa

A partire dai primi duemila la tecnologia di stampa 3D è stata studiata da aziende biotecnologiche e dal mondo accademico per un possibile utilizzo in applicazioni di ingegneria tissutale in cui organi e parti del corpo sono costruiti utilizzando tecniche a getto d’inchiostro. Strati di cellule viventi vengono depositati su un mezzo gel e lentamente costruiti per formare strutture tridimensionali. Ci riferiamo a questo campo di ricerca con il termine: bio-stampa.

Food

La produzione additiva ha invaso l’industria alimentare molto tempo fa. Ristoranti come Food Ink e Melisse utilizzano questo come un punto di vendita unico per attirare clienti da tutto il mondo.

Istruzione

Educatori e studenti utilizzano da tempo le stampanti 3D in classe. La stampa 3D consente agli studenti di materializzare le loro idee in modo veloce e conveniente.

Mentre i gradi specifici per la produzione additiva sono abbastanza nuovi, le università utilizzano da tempo stampanti 3D in altre discipline. Ci sono molti corsi educativi si può prendere per impegnarsi con la stampa 3D. Le università offrono corsi su cose che sono adiacenti alla stampa 3D come il design CAD e 3D, che può essere applicato alla stampa 3D in una certa fase.

In termini di prototipazione, molti programmi universitari si rivolgono alle stampanti. Ci sono specializzazioni nella produzione additiva che si possono raggiungere attraverso gradi di architettura o design industriale. Prototipi stampati sono anche molto comuni nelle arti, animazione e studi di moda pure.

Tipi di tecnologie e processi di stampa 3D

L’American Society for Testing and Materials (ASTM), ha sviluppato una serie di standard che classificano i processi di produzione additiva in 7 categorie. Questi sono:

1. Iva Fotopolimerizzazione
   1. Stereolitografia (SLA)
   2. Digital Light Processing (DLP)
   3. Liquido Continuo di Interfaccia di Produzione (CLIP)
2. Materiale Getto
3. Raccoglitore di Sparo
4. Estrusione Materiale
   1. Fused Deposition Modeling (FDM)
   2. Fused Filament Fabrication (FFF)
5. Letto di Polvere di Fusione
   1. Multi Jet Fusion (MJF)
   2. Sinterizzazione Laser Selettiva (SLS)
   3. Direct Metal Laser Sinterizzazione (LMD)
6. Foglio di Laminazione
7. Deposizione di energia diretta

Fotopolimerizzazione IVA

Una stampante 3D basata sul metodo di fotopolimerizzazione IVA ha un contenitore riempito con resina fotopolimerica. La resina è indurita con una fonte di luce UV.

Stereolitografia (SLA)

La SLA è stata inventata nel 1986 da Charles Hull, che all’epoca fondò anche la società 3D Systems. La stereolitografia impiega una vasca di resina fotopolimerica curabile liquida e un laser ultravioletto per costruire gli strati dell’oggetto uno alla volta. Per ogni strato, il raggio laser traccia una sezione trasversale del motivo della parte sulla superficie della resina liquida. L’esposizione alla luce laser ultravioletta cura e solidifica il motivo tracciato sulla resina e lo fonde allo strato sottostante.

Dopo che il modello è stato tracciato, la piattaforma elevatrice dello SLA scende di una distanza pari allo spessore di un singolo strato, tipicamente da 0,05 mm a 0,15 mm (0,002″ a 0,006″). Quindi, una lama piena di resina spazza attraverso la sezione trasversale della parte, rivestendola nuovamente con materiale fresco. Su questa nuova superficie liquida, viene tracciato il modello di livello successivo, unendo il livello precedente. A seconda dell’orientamento di stampa dell’oggetto &, lo SLA richiede spesso l’uso di strutture di supporto.

Digital Light Processing (DLP)

DLP o Digital Light Processing si riferisce a un metodo di stampa che fa uso di polimeri leggeri e fotosensibili. Mentre è molto simile a SLA, la differenza fondamentale è la sorgente luminosa. DLP utilizza altre fonti di luce come lampade ad arco. DLP è relativamente veloce rispetto ad altre tecnologie di stampa 3D.

Continuous Liquid Interface Production (CLIP)

Uno dei processi più veloci che utilizzano la fotopolimerizzazione del tino è chiamato CLIP, abbreviazione di Continuous Liquid Interface Production, sviluppato da Carbon.

Sintesi della luce digitale

Il cuore del processo di CLIP è la tecnologia di sintesi della luce digitale. In questa tecnologia, la luce di un motore a LED ad alte prestazioni personalizzato proietta una sequenza di immagini UV esponendo una sezione trasversale della parte stampata in 3D causando la polimerizzazione parziale della resina curabile UV in modo controllato con precisione. L’ossigeno passa attraverso la finestra permeabile all’ossigeno creando una sottile interfaccia liquida di resina non indurita tra la finestra e la parte stampata nota come zona morta. La zona morta è sottile come dieci di micron. All’interno della zona morta, l’ossigeno impedisce alla luce di curare la resina situata più vicino alla finestra, consentendo quindi il flusso continuo di liquido sotto la parte stampata. Appena sopra la zona morta la luce proiettata UV verso l’alto provoca una cascata come la polimerizzazione della parte.

La semplice stampa con l’hardware di Carbon da sola non consente proprietà di utilizzo finale con applicazioni reali. Una volta che la luce ha modellato la parte, un secondo processo di polimerizzazione programmabile raggiunge le proprietà meccaniche desiderate cuocendo la parte stampata in 3d in un bagno termale o in forno. La polimerizzazione termica programmata imposta le proprietà meccaniche innescando una reazione chimica secondaria che induce il materiale a rafforzarsi ottenendo le proprietà finali desiderate.

I componenti stampati con la tecnologia Carbon sono alla pari con le parti stampate ad iniezione. La sintesi della luce digitale produce proprietà meccaniche coerenti e prevedibili, creando parti che sono veramente isotropiche.

Getto di materiale

In questo processo, il materiale viene applicato in goccioline attraverso un ugello di piccolo diametro, simile al modo in cui funziona una comune stampante a getto d’inchiostro, ma viene applicato strato per strato su una piattaforma di costruzione e quindi indurito dalla luce UV.

Getto legante

Con getto legante vengono utilizzati due materiali: materiale base in polvere e un legante liquido. Nella camera di costruzione, la polvere viene distribuita in strati uguali e il legante viene applicato attraverso ugelli a getto che “incollano” le particelle di polvere nella forma richiesta. Al termine della stampa, la polvere rimanente viene pulita, che spesso può essere riutilizzata stampando l’oggetto successivo. Questa tecnologia è stata sviluppata per la prima volta al Massachusetts Institute of Technology nel 1993.

Estrusione materiale

Modellazione a deposizione fusa (FDM)

FDM funziona utilizzando un filamento di plastica che viene svolto da una bobina e viene fornito a un ugello di estrusione che può accendere e spegnere il flusso. L’ugello viene riscaldato per fondere il materiale e può essere spostato in entrambe le direzioni orizzontali e verticali da un meccanismo a controllo numerico. L’oggetto viene prodotto estrudendo materiale fuso per formare strati mentre il materiale si indurisce immediatamente dopo l’estrusione dall’ugello.

FDM è stato inventato da Scott Crump alla fine degli anni ‘ 80. Dopo aver brevettato questa tecnologia ha fondato la società Stratasys nel 1988. Il termine Fused Deposition Modeling e la sua abbreviazione di FDM sono marchi registrati da Stratasys Inc.

Fused Filament Fabrication (FFF)

Il termine esattamente equivalente, Fused Filament Fabrication (FFF), è stato coniato dai membri del progetto RepRap per dare una frase che sarebbe legalmente non vincolata al suo uso.

Powder Bed Fusion

Selective Laser Sintering (SLS)

SLS utilizza un laser ad alta potenza per fondere piccole particelle di polvere in una massa che ha la forma tridimensionale desiderata. Il laser fonde selettivamente la polvere scansionando prima le sezioni trasversali (o gli strati) sulla superficie di un letto di polvere. Dopo che ogni sezione trasversale è stata scansionata, il letto della polvere viene abbassato di uno spessore dello strato. Quindi viene applicato un nuovo strato di materiale sulla parte superiore e il processo viene ripetuto fino al completamento dell’oggetto.

Multi Jet Fusion (MJF)

La tecnologia Multi Jet Fusion è stata sviluppata da Hewlett Packard e funziona con un braccio di spazzamento che deposita uno strato di polvere e poi un altro braccio dotato di getto d’inchiostro che applica selettivamente un agente legante sul materiale. I getti d’inchiostro depositano anche un agente di dettaglio attorno al legante per garantire una dimensionalità precisa e superfici lisce. Infine, lo strato è esposto a una raffica di energia termica che provoca la reazione degli agenti.

Direct Metal Laser Sintering (DMLS)

DMLS è fondamentalmente lo stesso di SLS, ma utilizza invece polvere di metallo. Tutta la polvere inutilizzata rimane così com’è e diventa una struttura di supporto per l’oggetto. La polvere inutilizzata può essere riutilizzata per la stampa successiva.

A causa della maggiore potenza del laser, DMLS si è evoluto in un processo di fusione laser. Per saperne di più su questo e altre tecnologie in metallo sulla nostra pagina panoramica sulle tecnologie in metallo.

Laminazione foglio

Laminazione foglio coinvolge materiale in fogli che è legato insieme con forza esterna. I fogli possono essere di metallo, carta o una forma di polimero. Le lamiere sono saldate insieme mediante saldatura ad ultrasuoni a strati e quindi fresate CNC in una forma corretta. Possono essere utilizzati anche fogli di carta, ma sono incollati con colla adesiva e tagliati in forma da lame precise.

Deposizione di energia diretta

Questo processo è utilizzato principalmente nell’industria dei metalli e nelle applicazioni di produzione rapida. L’apparato di stampa 3D è solitamente collegato a un braccio robotico multiasse ed è costituito da un ugello che deposita polvere metallica o filo su una superficie e una fonte di energia (laser, fascio di elettroni o arco di plasma) che lo fonde, formando un oggetto solido.

Materiali

Più materiali possono essere utilizzati nella produzione additiva: plastica, metalli, calcestruzzo, ceramica, carta e alcuni commestibili (ad esempio cioccolato). I materiali sono spesso prodotti in filo di materia prima a. k. a. filamento, forma di polvere o resina liquida. Scopri di più sui nostri materiali in vetrina sulla nostra pagina materiali.

Servizi

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