La stampa 3D è qualcosa che la maggior parte delle persone conosce. Potrebbero anche aver preso in considerazione l’acquisto di uno per il compleanno del cugino. Ma di cosa si tratta esattamente?
Le stampanti 3D sono una nuova entusiasmante tecnologia nella produzione. Sono stati originariamente inventati per assistere i laboratori nella creazione di prototipi di diversi strumenti e prodotti che stavano sviluppando. Era un modo veloce per creare, testare e produrre prototipi o oggetti in vari campi, come l’aeronautica o la medicina.
Le aziende hanno iniziato a vendere versioni commerciali di alcune tecnologie dopo la scadenza dei brevetti. Questa tecnologia era ora disponibile per qualsiasi laboratorio, officina o individuo. Ciò ha consentito a chiunque di accedere a grandi capacità di produzione.
Oggi esistono centinaia di modelli distinti di stampanti 3D. Man mano che sempre più persone mettono le mani sulla tecnologia, emergono usi diversi, nuovi brevetti e la tecnologia si espande nella sua funzione. Ci sono anche penne 3D!
Sebbene sia chiaro che esiste una varietà confusa di diversi processi di stampa, tutti hanno alcune caratteristiche in comune.
Una stampante 3D può essere descritta come un dispositivo gestito da un computer che stratifica determinati materiali per creare un oggetto solido e tridimensionale. Ogni oggetto viene prima progettato digitalmente. Quindi, il design è passato al computer. Da lì, il processo è automatico.
Stampa 3D nota come produzione additiva (AM). Per molto tempo, le stampanti 3D sono state pensate solo per progettare e produrre prototipi. Un prototipo è semplicemente una bozza o uno schizzo di un prodotto finale utilizzato per test e proposte. La produzione in serie di prodotti specifici era fuori questione.
Tuttavia, la stampa 3D è diventata un modo interessante per produrre determinati prodotti. Una stampante 3D non solo rende possibile la produzione per la persona di tutti i giorni, ma consente anche ai produttori seri di progettare e produrre parti altamente complesse. Questo livello di complessità non è possibile con la lavorazione tradizionale dei metalli o della plastica.
La stampa 3D prevede di avere un grande impatto sul futuro della produzione e della tecnologia.
La Storia Della Stampa 3D
Come molte altre invenzioni, la stampa 3D era un prodotto della cultura e della società. Questa tecnologia è stata possibile grazie alla disponibilità della tecnologia laser, alla domanda di parti e prototipi personalizzati e ad altri fattori.
All’inizio degli anni ’80, scienziati giapponesi e francesi stavano sperimentando la stampa 3D a base di resina chiamata polimeri termoindurenti. Questi sono molto simili alla stereolitografia e all’elaborazione digitale della luce, di cui leggerete di seguito.
Un americano di nome Chuck Hull ha depositato il primo brevetto per un processo di stampa 3D. La stereolitografia è stato il suo primo metodo di prototipazione rapida. Hull è stato fondamentale nello sviluppo di altre funzionalità che sarebbero diventate essenziali per altri tipi di stampa 3D, in particolare il taglio digitale super piccolo di ogni oggetto da stampare.
Da lì, la tecnologia si diffuse, e il brevetto di tipo distinto e commercializzato.
Quindi, se stai cercando di entrare nelle stampanti 3D, decidere quale tipo è il migliore per le tue esigenze può essere travolgente. Variano in termini di costi, materiali, risultati e capacità. Come inizi? Diamo un’occhiata a 5 tipi di stampanti 3D per aiutarti a comprendere le complessità della stampa 3D.
Le stampanti più popolari sul mercato sono quelle che estrudono alcuni materiali attraverso un ugello. Estrudere è una parola rara. Significa semplicemente spremere.
Come Funziona
Le stampanti per estrusione di materiali possono produrre una plastica che si scioglie e si raffredda nuovamente (nota come termica ). Questo viene fatto incanalando attraverso un ugello. Questo materiale inizia come un solido ma si sta riscaldando in una sostanza simile a una colla mentre si sta spremendo. Il design è seguito dall’ugello, che crea strati di materiale molto sottili.
Quando gli strati si raffreddano, il materiale si solidifica e viene prodotto un oggetto tridimensionale. Il programma di progettazione include anche strutture di supporto temporanee che possono essere stampate per aiutare con l’orientamento superiore o laterale della struttura. Questi possono essere rimossi dopo che la stampa è stata completata.
Una stampa può richiedere diverse ore o addirittura giorni. Rispetto ad alcuni degli altri processi di cui parleremo, le stampanti per estrusori di materiali sono relativamente lente. Tuttavia, una volta terminato, hai un oggetto stampato.
Modellazione A Deposizione Fusa
La maggior parte degli acquirenti di stampanti 3D finisce per acquistare una stampante Fused Deposition Modeling (FDM), che è la stampante per estrusione di materiali più popolare. Queste stampanti sono anche conosciute come Fused Filament Fabrication o FFF (Fused Filament Fabrication). Questo tipo di stampante è più comune a causa della sua tecnica semplice.
Ora sono così popolari ed economici che vengono spesso chiamati stampanti desktop. Un esempio di stampante in vendita: la stampa XYZ Da Vinci Mini adatta ai bambini, che arriva a Per alcune stampanti, il tipo di filamento o l’uso della plastica devono essere acquistati dal produttore della stampante.
Qual è La Sua Funzione?
Stratasys è l’inventore di FDM e offre un servizio di produzione dall’alto verso il basso per le aziende interessate alla stampa 3D. Producono parti per case automobilistiche di fascia alta, produttori di utensili e giocattoli come i LEGOS.
Ma a causa della natura più semplice di queste stampanti, gli hobbisti possono realizzare praticamente tutto ciò che vogliono con un FDM, purché abbiano il design. Finora le stampanti FDM sono state le più riuscite sul mercato. Sono la chiave per il futuro della produzione additiva.
Il secondo tipo di produzione additiva è la polimerizzazione in vasca. In questo processo, invece di riscaldare semplicemente un materiale termoplastico e spremerlo sulla superficie di lavoro come un tubetto di dentifricio, un laser utilizza la resina. Il primo tipo di stampa 3D ad essere brevettabile è stata la polimerizzazione in vasca.
Come Funziona
La polimerizzazione in vasca utilizza la luce per far reagire e solidificare i polimeri. Quindi, invece di stratificare i termoplastici attraverso un ugello come con un FDM, la polimerizzazione utilizza un rapido processo di solidificazione dei polimeri attraverso l’uso sia di laser che di lampade a LED o UV.
Due tipi di stampanti polimerizzano in un vaso: la stereolitografica (SLA) e i processori di luce digitali (DLP).
Stereolitografia
Nella stereolitografia, un laser focalizza il suo raggio su una serie di specchi chiamati galvanometri, o galvos in breve. Questi specchi riflettono quindi questo raggio di luce iperfocalizzato in una vasca di resina. La resina è un mix di polimeri che appare come una sostanza oleosa.
Quando i galvos focalizzano il laser sulla resina, la resina polimerizza in una forma solida. Simile all’FDM, l’oggetto sta curando punto a punto, come se qualcuno lo stesse disegnando con una penna. Ma il laser è controllato da un meccanismo automatico che lo rende molto più veloce di una mano umana! Gli specchi riflettono il laser insieme agli assi x e y, creando una sezione trasversale per l’oggetto.
Elaborazione digitale della luce
DLP utilizza una lampada per sostituire il laser. Questo ti dà un vantaggio. Invece di dover tracciare gli strati in modo puntuale come con la stereolitografia, la luce proietta le forme degli strati in un lampo. Ciò consente di risparmiare molto tempo e lo rende un metodo molto più veloce.
La luce UV o LED lampeggia pixel quadrati chiamati voxel. e il design di ogni strato sta polimerizzando in resina. Ogni strato viene solidificato e l’oggetto si solleva per consentire un maggiore flusso di resina al di sotto. Quindi, sta cadendo di nuovo verso il basso per lo strato successivo da curare.
Come ricorderete, la stampante FDM richiedeva strutture di supporto per garantire che la stampa non si distorcesse. La stessa cosa è richiesta per le stampanti SLA e DLP.
Sul Mercato
Il funzionamento delle stampanti SLA/DLP è più complicato di quello dell’FDP. Ciò significa che i costi complessivi sono più elevati e si possono acquistare meno. Molte gioiellerie e laboratori odontotecnici acquistano le proprie stampanti SLA.
Un esempio di stampante a base di resina di fascia bassa è la Moai Peopoly per te. Non esci e comprane una a meno che tu non sia serio! Questo particolare modello è stato sviluppato utilizzando una raccolta fondi Kickstarter e viene fornito come kit fai-da-te opzionale.
Qual è La Sua Funzione?
Una delle caratteristiche distintive degli oggetti prodotti da SLA è conosciuta come isotropia. Questa parola di fantasia significa semplicemente che c’è una quantità uguale di resina in ogni strato, che conferisce all’oggetto determinate caratteristiche. L’isotropia può aiutare con la tenuta all’acqua e le prestazioni prevedibili se utilizzata come parti. La stampa stereolitografica crea un oggetto equilibrato.
A causa di questa eccellenza nella tenuta all’acqua, potresti trovare una caffettiera o un altro contenitore per liquidi realizzato utilizzando la stereolitografia.
Sia SLA che DLP sanno di avere la migliore finitura tra i diversi processi di stampa 3D. Ciò significa che il prodotto finale è bello e brillante. L’azienda Gillette utilizza la stampa SLA per produrre alcuni dei suoi eleganti rasoi da barba!
Ora che abbiamo coperto gli estrusori termoplastici , i polimerizzatori a base di resina, quali sono le prospettive? Ah! Le stampanti Powder Bed Fusion. Sebbene esistano quattro tipi di questa stampante, condividono tutti lo stesso metodo di stampa.
Come Funziona
Sebbene il metodo e il materiale della stampa con fusione a letto di polvere possano differire, tutti usano il calore o la luce per fondere le particelle di polvere all’interno di un’area specifica.
Queste stampanti sono molto simili alla DLP e alla sua luce, che lampeggia sulla resina e ne polimerizza parte per formare lo strato dell’oggetto. Ma invece della resina, la sorgente termica della stampante lampeggia sulle particelle di polvere. Queste particelle vengono riscaldate appena al di sotto del punto di fusione delle sostanze.
Una lama di ricopertura sposta un sottile strato di polvere attraverso l’area di costruzione, quindi la sorgente termica mostra il suo design. Questo fonde le particelle.
Immediatamente dopo, la lama di ricopertura spinge un nuovo strato di polvere sopra l’area di costruzione e il processo si ripete. Quindi, invece di stratificare con un materiale termoplastico da punto a punto come con FDM, o con la luce sulla resina, queste stampanti fondono le particelle di polvere.
Questo metodo ha il vantaggio di non richiedere strutture di supporto. La polvere che non è stata fusa con l’oggetto continuerà a circondare i pezzi fusi. Una volta che il pezzo è finito, devi solo estrarlo dalla polvere e spazzolarlo via un po’. Risparmi materiale perché non devi realizzare strutture di supporto.
I Diversi Tipi Di Fusione
La stampa di fusione più comune è chiamata Selective Laser Sintering (SLS). Questo processo utilizza polimeri simili a SLA. La sinterizzazione significa semplicemente che un solido viene fuso senza fondersi in un liquido. Questo processo di stampa è spesso più costoso, ma le parti realizzate in SLS possono avere forme e dimensioni complesse e sono resistenti. Questo processo richiede un po’ più di tempo rispetto al normale processo SLA.
Le stampanti Powder Bed Fusion possono essere utilizzate con i metalli. La maggior parte delle persone non crede che tu possa stampare in 3D con il metallo, ma questo è potenzialmente il cambiamento più significativo che la stampa 3D ha apportato alla produzione. Un piccolo meccanico ora può modificare o costruire parti che una volta erano possibili solo in una fabbrica di metalli.
Alcune stampanti a fusione utilizzano leghe e altre utilizzano elementi. Questa è la differenza principale tra le stampanti Direct Metal Layer Sintering (DMLS) e le stampanti Selective Layer Melting (SLM). La stampante SLM scioglie la polvere di metallo, mentre una stampa DMLS fonde semplicemente le molecole. Gli oggetti di metallo stampati con SLM hanno un unico punto di fusione, a differenza del DMLS.
Il tipo finale di Fusion è chiamato stampante Electron Beam Melting (EBM). Questo utilizza un raggio intenso per produrre la parte più velocemente. Ma a causa della forza del raggio, la maggior parte delle parti ha dimensioni maggiori.
Il Mercato
Le stampanti Powder Fusion Bed realizzano parti robuste e durevoli che vengono utilizzate in industrie pesanti come automobili e tecnologie aerospaziali. In particolare le stampanti a fusione di metalli creano gli articoli più resistenti. Le stampanti DMLS, SLM ed EBM dovrebbero essere le più costose.
Il ProX DMP300 è un esempio. Queste macchine non sono economiche. Questa fascia di prezzo non renderà facile per gli hobbisti produrre le loro parti metalliche in tempi brevi. Tuttavia, le industrie più pesanti stanno diventando sempre più dipendenti dalla stampa 3D dei metalli. Questo è un cambiamento significativo rispetto alla tradizionale lavorazione dei metalli.
La stampante Jetting è una stampante 3D che si comporta in modo molto simile a una stampante di carta. Ci sono molti tipi. Ci sono due macchine da stampa a getto di materiale e tre macchine a getto di legante .
Getto Di Materiale (MJ)
Un approccio specifico per le stampanti a getto di materiale consiste nel far cadere un materiale su una piastra di costruzione dove polimerizza in uno strato dell’oggetto. Il normale MJ farà cadere sulla lastra plastificanti fotosensibili. Quando la luce lo colpisce, si solidifica e lo strato si costruisce.
La MJ funziona proprio come una stampante a getto d’inchiostro che utilizza la tintura su carta per stampare un documento. Invece dell’inchiostro, i fotopolimeri cadono. A causa del suo orientamento in linea, questo contrasta con altre stampanti 3D. Il MJ rilascia i polimeri una riga alla volta, invece di un punto o lampeggia in un dato momento. Ciò consente la velocità e anche più oggetti da sovrapporre contemporaneamente, entro i limiti.
Drop On Demand (DOD)
I DOD usano praticamente la stessa tecnologia dei MJ. Gocce di polimeri vengono utilizzate per costruire la struttura. La sostanza viene quindi fotopolimerizzata dal laser. Tuttavia, le stampanti DOD hanno due diversi getti d’inchiostro: uno per la caduta per la build, un altro per la caduta per le strutture di supporto. Inoltre, il DOD ha un tagliamosche che raschia la parte superiore dell’area di costruzione dopo che ogni strato è caduto.
Getto Di Legante Di Sabbia
Il getto del legante è diverso dal getto del materiale. Laddove il getto di materiale fa cadere il materiale di indurimento stesso su una piastra di cartone, il getto di legante agisce più come l’SLS. La fonte termica riscalda la polvere nell’area. La stessa azione avviene con il getto di legante; solo invece della sinterizzazione, un legante viene fatto cadere sullo strato di polvere sottostante.
Quando lo strato cade, l’agente legante crea la struttura. Dopo che ogni strato è stato stampato, l’area di costruzione si abbassa per consentire lo spostamento di un nuovo strato di polvere non polimerizzato.
Una stampante Sand Binder Jetting può essere utilizzata per contenere i costi. Un possibile risultato è un oggetto fatto di sabbia. Questa è un’ottima opzione per le fabbriche di lavorazione dei metalli che devono fondere. Dopo aver realizzato il calco con la stampante 3D, puoi versarci il metallo fuso, lasciarlo indurire e quindi rompere il calco di sabbia.
Getto Di Leganti Metallici
La stampante Metal Binder Jetting fa la stessa cosa, ma utilizza goccioline di metallo. E dopo aver stampato l’oggetto, non hai finito. È necessario posizionare l’oggetto stampato in una fornace per bruciare l’agente legante. Ma poiché ci sono ancora dei fori d’aria nell’oggetto, devi riempirlo di bronzo. Ciò conferisce al metallo una densità migliore.
Questo metodo di stampa del metallo con una stampante è meno resistente delle stampanti Powder Bed Fusion.
Qual è La Sua Funzione?
La funzione più affascinante di una stampante per stampa 3D a getto di legante è la capacità di produrre pillole.
La FDA ha approvato la prima pillola stampata in 3D nel 2015. Poiché le stampanti 3D sono in grado di produrre geometrie uniche e possono essere utilizzate dalle aziende farmaceutiche per realizzare pillole particolarmente porose, ciò consente un dosaggio più efficace in un’unica pillola.
I getti della stampante rilasciano agenti leganti per creare pillole. Cosa non possono stampare le stampanti 3D ?
La nostra ultima e più semplice stampante 3D è la stampante Lamination. Una stampante LOM funziona prendendo fogli di qualsiasi materiale e tagliandoli a strati. Quindi impilali. Un semplice adesivo di solito tiene insieme gli strati. La carta è il tipo più popolare di materiale LOM.
Quando la carta si incastra in questo modo laminato, assume effettivamente alcune delle caratteristiche del legno. Può essere levigato e tagliato in modo simile.
Questo tipo di stampa 3D è probabilmente il più conveniente perché i costi dei materiali sono così bassi. È meno noto perché manca dello stesso stile.
Le persone usano le stampanti LOM con la carta. Tuttavia, non è raro che le persone utilizzino fogli di metallo o plastica allo stesso modo. È un processo molto meno tecnico e in genere torna utile per un lavoro veloce con risorse limitate.
Una tecnologia emozionante e dirompente
Tom è un blogger e artista che ama anche la tecnologia. Trascorre le sue giornate bloggando sugli ultimi sviluppi nel mondo dell’arte e si diverte a condividere i suoi pensieri con i lettori su cosa significa essere un artista oggi. Tom è sempre stato interessato alla tecnologia, ma è stato solo all’età di 13 anni che ha scoperto quanto potesse essere divertente creare siti Web! Tom è un tipo creativo amante del divertimento e dell’avventura. Il suo blog è dove recensisce prodotti artistici e gadget tecnologici. Lo fa da più di 5 anni. Trascorre la maggior parte del suo tempo in studio, in spiaggia o esplorando nuovi posti.
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