Introduzione al mondo del 3dprinting per mettere chiarezza sulle differenti tecnologie applicate alla prototipazione rapida.

1. 3D PRINTING!
«Ma come ti stampo?»
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2. 3D PRINTING!
•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.
•Un oggetto fisicamente reale, nelle proprie mani
•«Dal bit alla materia!»
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3. L’inizio della stampa 3d
• A partire dalla metà degli anni 80 Stratasys e Zcorporation iniziano a
sviluppare macchinari per la prototipazione rapida
• Un insieme di tecniche industriali volte a realizzare il cosiddetto
prototipo.
• Produzione di un oggetto reale a partire da un modello CAD
tridimensionale
• Indipendentemente da come lo si realizza, per prototipo si intende "il
primo elemento della serie".
• Può svolgere funzioni differenti nell'azienda: può servire per valutare
costi, tempi di ciclo, risposta del mercato e così via.
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4. Le tecnologie
• Le macchine disponibili oggi sul mercato utilizzano
metodologie e tecniche di stampa differenti
• In base alle esigenze di:
 Velocità di stampa
 Livello di risoluzione
 Materiale utilizzato
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5. «Manifattura additiva»
Aggiungere strati di materiale «uno sopra l’altro» (layer
by layer) fino ad ottenere la forma desiderata
 Non taglia
 Non fresa
 Non tornisce
 Materiale di scarto pari a 0!
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6. Principali tecniche
•SLA – StereoLitographic Apparatus
•DLP – Digital Light Processing
•SLS – Selective Laser Sintering
•«3d Printing»
•FDM – Fused Deposition Modeling (o FFF – Fast
Filament Fusion)
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7. SLA – StereoLitographic Apparatus
• Prima tecnica adottata per la prototipazione rapida
• Realizzata da Charles W. Hull
• Fotopolimerizzazione
• Vasca contenente una speciale resina liquida che se esposta alla luce
polimerizza (si solidifica)
• Un «bed» si alza/abbassa
• Un raggio UV con un sistema a specchi
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8. SLA – StereoLitographic Apparatus1. Il raggio laser traccia un fascio di luce UV modulato in
modo da ricostruire un’immagine raster della prima
sezione dell’oggetto
2. La resina si solidifica
3. Il bed si abbassa leggermente in modo che la resina crei
una nuova superficie liquida
4. Successiva scansione laser che va avanti strato dopo strato
fino a quando il modello non è completo
5. Al termine l’oggetto viene estratto dalla resina e posto
(alcune volte) in un forno a raggi UV per completare la
polimerizzazione
6. Oggetto verniciabile
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9. SLA – StereoLitographic Apparatus
Vantaggi:
• Alta risoluzione
• Utilizzo di resine diverse con caratteristiche fisiche diverse (resistenza,
flessibilità ecc.)
• Tempi di lavorazione «rapidi» (entro la giornata)
Svantaggi:
• Sistema di controllo costoso
• Manutenzione complessa
• Costo della resina elevato
• Monocromia
• Trattamento termico nel forno
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10. DLP – Digital Light Processing
• Tecnologia sviluppata dalla Texas Instruments
• Polimerizzazione di resine a contatto con luce e calore
• No laser
• Videoproiettore!
• Sfrutta un semiconduttore ottico per manipolare la luce digitale
• Un microchip ricoperto di milioni di specchi che si muovono
indipendentemente l’uno dall’altro e che sono in grado di
rappresentare al meglio ciascun pixel dell’immagine
• Luce inattica (camera oscura)
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11. DLP – Digital Light Processing
• Principio di riflessione della luce
• Qualità superiore alla tecnologie LCD
ed un alto rapporto di contrasto
• Generalmente nel DLP (o cDLP, DLP a
luce continua) l’oggetto è attaccato
ad una piattaforma che si allontana
dalla vasca di resina
• Il fascio di luce del proiettore
proviene da sotto la base
• Condivide pregi e difetti del SLA, ad
eccezione della velocità di stampa: la
polimerizzazione su ogni singolo
strato avvien contemporaneamente
su tutto il perimetro (non bisogna
attendere l’intero percorso del
raggio)
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12. DLP – Digital Light Processing
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• Le tempistiche di stampa dipendono esclusivamente
dall’altezza del modello (sviluppo sull’asse z) non dalla
grandezza della sua base
• Costo minore data l’assenza del raggio UV e del suo controllo
• Manutenzione minore
• Piccolo limite:
• Durante la progettazione in alcuni casi bisogna tener conto
della presenza di «buchi di scarico» della resina non
polimerizzata
• Può compromettere il design finale dell’oggetto
• Non sempre si può influire sulla robustezza e sul peso
dell’oggetto
• Spesso si deve ricorrere all’uso di materiale di supporto
• Adatta solitamente per oggetti di piccolo volume

13. SLS – Selective Laser Sintering
• Simile alla stereolitografia
• Al posto del raggio UV c’è un laser
• Al posto della vasca di materiale liquido c’è una base
in polvere
• Il laser sinterizza il materiale
• Compatta e trasforma il materiali in polvere in un
composto indivisibile
• Costruisce così un oggetto solido
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14. SLS – Selective Laser Sintering
• Utilizzo di polveri termoplastiche, metalliche o silicee
• Viene steso primo strato di polvere con un sistema
apposito
• Il laser provvede alla sinterizzazione ove necessario
• La parte appena sinterizzata si abbassa
• Viene steso un altro strato di polvere
• Il processo continua fino alla costruzione del modello
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15. SLS – Selective Laser Sintering
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16. SLS – Selective Laser Sintering
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• Diverse tipologia di polveri
• Alta precisione e definizione
• Non c’è bisogno di alcun supporto alla stampa,
poiché la polvere non sinterizzata sostiene il
modello in fase di stampa
• Finita la stampa il pezzo viene pulito dalla
polvere
• Nel caso di polveri metalliche e ceramiche il
pezzo può subire un ulteriore trattamento per
migliorare le sue caratteristiche (resistenza,
lucentezza ecc.)

17. SLS – Selective Laser Sintering
Tuttavia sono presenti anche in questo caso degli svantaggi:
• Elevato ingombro del macchinario
• Complessità dei meccanismi per il controllo della stesura della polvere
• Difficile reperibilità dei materiali (costo non contenuto)
• Monocromia
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18. 3D PRINTING
• Nome ambiguo tuttavia simile alla tecnica SLS
• Tecnica particolare
• Utilizzo delle polveri
• Senza la sinterizzazione
• Utilizzo di un collante spruzzato da un’apposita testina
• Alla fine del processo di stampa l’oggetto viene trattato termicamente
per consolidare la polvere
• Per certi versi molto simile alla stampante a getto d’inchiostro
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19. 3D PRINTING
• Stessi svantaggi della SLS
Qualche piccolo vantaggio:
•Nessun bisogno di supporti
•Elevata definizione
•Costi inferiori data l’assenza del laser e dei suoi
controlli
•Policromia: al collante può essere addizionato
colore
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20. 3D PRINTING
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21. FDM – Fused Deposition
Modeling
• Tecnologia sviluppata da Stratasys che si adopera nella prototipazione
rapida tradizionale: usa un ugello per depositare un polimero fuso su
una struttura di supporto strato dopo strato (layer by layer);
• Anche conosciuta come FFF – Fast Filament Fusion
• Fusione di un materiale inizialmente o in genere plastico (o a base
plastica)
• Disposizione del materiale fuso attraverso un estrusore comandato da
appositi controlli sul piatto di stampa
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22. FDM – Fused Deposition
Modeling
•L’ugello viene spostato
lungo gli assi X,Y,Z da un
meccanismo a controllo
numerico
•Gestione attraverso un
software CAM (Computer
Aided Manufacturing)
•Sistema più utilizzato
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23. FDM – Fused Deposition
Modeling
Nello specifico:
• Bobina di consumabile
• Il filamento viene guidato fino all’estrusore
• L’estrusore utilizza il momento torcente e una
«morsa» per spingere e ritirare una precisa
quantità di filo
• Un blocco riscaldante scioglie il filamento ad
una temperatura utilizzabile (a seconda del
materiale)
• Il filamento scaldato viene spinto fuori da un
ugello ad un diametro inferiore
• Il materiale estruso viene appoggiato sul
modello dove necessario
• La testa e/o il piatto si muovono su coordinate
X/Y/Z per posizionare il materiale in modo
corretto
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24. FDM – Fused Deposition
Modeling
Svariati pregi:
• Costi molto contenuti per la costruzione e la manutenzione del
macchinario
• Utilizzo della stessa struttura e movimentazione delle più comuni
macchine CNC
• Economicità e facile reperibilità del materiale termoplastico (in
genere acrilonitrile butadiene stirene ABS o acido polilattico PLA)
• Sistemi di controllo semplici e già presenti sul altri macchinari
• Velocità di stampa elevata
• Spazio contenuto
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25. FDM – Fused Deposition
Modeling
Alcuni limiti:
• Definizione dell’oggetto determinata dalla grandezza
del foto d’uscita dell’ugello e dal sistema meccanico
• Per raggiungere una definizione accurata bisogna
allungare di molto i tempi di stampa (la superficie del
pezzo può presentare un aspetto a gradini)
• Monocromia (al massimo bicromia o tricromia
sperimentale)
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26. FDM – Fused Deposition
Modeling
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27. Altre tecniche
• LOM – Laminated Object Manufacturing
• impiega fogli di carta speciale tagliata secondo la slice voluta e incollata alla precedente
• Dimensioni relativamente elevate per il volume di lavoro
• Supporto costituito dalla carta in eccesso
• Post-trattamento molto delicato (lavorazione con strumenti tipici della lavorazione del legno
• Finitura con carta abrasiva
• Impermeabilizzazione
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28. Altre tecniche
• SLM – Selective Laser Melting :
Simile alla SLS ma se ne differenzia per l’impiego di polveri metalliche
integrali, senza l’uso di bassi fondenti
• Laser più potente
• Oggetto del tutto simile alla produzione di serie
• Non richiede particolari trattamenti finali
• Può essere sottoposto tranquillamente a lavori tradizionali
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29. Altre tecniche
• EBM – Electron Beam Melting
Tecnica di fusione da fascio elettronico
• Simile alla SLM
• Richiede il «vuoto» nella camera di
lavoro per prevenire l’ossidazione dei
materiali
• Può fondere materiali molto più
resistenti come il titanio
• Applicazioni di protesi biomediche e
nella chirurgia ortopedica
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30. •Molte altre ancora (Bio 3d Printing, Drug
Printing, Food Printing, Ice Printing, Solar Sinter
Printing … )
•Tante tecnologie
•Forse troppe!
•Differenti applicazioni
•Differenti costi
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Le tecnologie

31. Futuri Sviluppi
• Imprevedibili? Oppure già noti?
• La stampanti 3d crescono, si diramano, si sviluppano, si autoriproducono, si
migliorano e si evolvono ogni giorno di più
• I campi si miscelano
• Penetra in ogni settore possibile
• Medicina
• Metallurgia
• Chimica
• Meccanica
• Architettura
• Edilizia
• Design
• Arte
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32. Futuri Sviluppi
• Si abbattono i costi
• Migliorano i prodotti
• Migliora la vita
• Una stampante 3D in ogni casa? Forse!
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