8 ragioni per cui la stampa 3D multimateriale è la prossima frontiera della produzione

Mentre la stampa 3D continua a maturare, un’evoluzione spicca in modo particolare: l’ascesa della stampa multimateriale. Quella che una volta era una capacità di nicchia sta rapidamente diventando uno strumento pratico per ingegneri, progettisti e produttori che vogliono costruire parti più funzionali in meno passaggi. La stampa multimateriale è supportata da diverse importanti tecnologie additive, tra cui la modellazione a deposizione fusa (FDM), la stereolitografia (SLA), il material jetting e altro ancora, rendendola sempre più accessibile in tutti i settori. Consentendo la combinazione di più materiali in un’unica costruzione, la stampa multimateriale semplifica la produzione, riduce la dipendenza dall’assemblaggio e apre le porte a progetti più integrati. Qui, ci immergeremo nel motivo per cui la stampa multimateriale è pronta a diventare la prossima frontiera nella produzione.

1. Crescita delle stampanti multi-materiale

L’indicatore più evidente dell’ascesa della stampa multimateriale è la proliferazione di nuove macchine multimateriale. Sul lato desktop, troviamo la nuova H2C di Bambu Lab. Questa macchina può stampare fino a sette materiali in un’unica esecuzione, generando al contempo scarti di spurgo minimi. Anche Prusa è entrata nel settore con INDX, un aggiornamento multi-tool in otto materiali per Prusa CORE One che promette zero sprechi di spurgo e cambi utensile più rapidi.

Prusa e Bondtech hanno sviluppato un nuovo sistema di stampa multimateriale chiamato INDX, che introduce un approccio di cambio utensile basato su un’unica “Smart Head” attiva e più teste utensili passive. (Crediti foto: Prusa)

I sistemi industriali avanzano altrettanto rapidamente. Produttori come OMNI3D e Rapid Fusion offrono ora soluzioni di estrusione multimateriale di grande formato progettate per ambienti di produzione. Oltre all’FDM, aziende come Stratasys supportano da tempo i flussi di lavoro multimateriale tramite il material jetting, mentre Aerosint (ora parte di Schaeffler) ha dimostrato la fusione laser di polveri multimetallo e il binder jetting utilizzando la sua tecnologia di deposizione selettiva della polvere. Insieme, questi sviluppi mostrano come la capacità multi-materiale stia diventando una caratteristica più mainstream.

2. Funzionalità di progettazione migliorate per stampanti multi-materiale

Con l’avanzamento dell’hardware per la stampa 3D multimateriale, anche i software si evolvono in linea parallela, offrendo ai progettisti un controllo senza precedenti su geometria e distribuzione dei materiali. Il CAD tradizionale viene ampliato da sistemi che supportano materiali classificati in modo funzionale. Ad esempio, strumenti come GraMMaCAD consentono agli utenti di incorporare distribuzioni di materiale graduate direttamente nella loro geometria CAD, definendo le zone di transizione del materiale. Ciò consente ai progettisti di mettere a punto dove si trovano rigidità, flessibilità o conduttività. Nel frattempo, OpenVCAD, uno strumento open source basato su codice, consente agli utenti di unire due materiali tra loro in modo fluido.

Il telaio del drone Aero Mobius stampato su una Bambu H2C (Crediti foto: Bambu Lab)

3. Combinazione di proprietà distinte del materiale

Uno dei vantaggi più potenti della stampa 3D multimateriale è la possibilità di unire diverse caratteristiche del materiale in un’unica parte unificata. Invece di produrre componenti in modo separato per poi assemblarli, i progettisti possono combinare materiali rigidi, flessibili, trasparenti, conduttivi o ad alta temperatura in un’unica stampa, posizionando ciascun materiale esattamente dove le sue proprietà sono più importanti.

Questa capacità consente progetti molto più funzionali ed efficienti. Un singolo componente potrebbe includere sezioni rigide per la resistenza strutturale, zone flessibili per cerniere, elementi trasparenti per finestre di ispezione, percorsi conduttivi per elettronica incorporata e regioni resistenti al calore per aree esposte ad attrito o temperature elevate. Passando da un materiale all’altro, la stampa multimateriale consente di ottimizzare la resistenza e la funzionalità. Inoltre, apre opportunità di personalizzazione avanzata: pensate a solette per scarpe con zone più morbide, ecc.

4. Simplifying the 3D Printing Process

La stampa 3D multimateriale può semplificare il flusso di lavoro generale. Consolidando più materiali in un’unica macchina, si semplifica la gestione dei materiali e si riducono i rischi legati alla manipolazione e allo scambio manuale. Elimina inoltre la necessità di hardware o componenti aggiuntivi in genere necessari per stampare con più materiali contemporaneamente. Anche la post-elaborazione può diventare più semplice: gli utenti possono fare affidamento su materiali di supporto dedicati, come PVA o HIPS, che si dissolvono in modo pulito senza danneggiare la parte, riducendo i tempi di pulizia e consentendo geometrie più complesse rispetto ai tradizionali supporti staccabili. Questi vantaggi contribuiscono a un processo di stampa più rapido ed efficiente.

FilamentI di supporto solubili in acqua semplificano la post-elaborazione (Credito foto: Airwolf 3D)

5. Riduzione dei costi di assemblaggio e produzione

La stampa 3D multimateriale riduce la necessità di assemblaggio consentendo di creare più funzionalità in un’unica parte integrata. Con la stampa monomateriale, i prodotti spesso devono essere suddivisi in componenti separati che richiedono ulteriore fabbricazione, manipolazione e fissaggio. Questi passaggi aumentano i costi di manodopera e di produzione. Producendo regioni rigide, flessibili e specializzate in un’unica struttura, la stampa multimateriale può ridurre la necessità di elementi di fissaggio, adesivi e assemblaggio manuale. Ciò riduce le spese di manodopera e può in definitiva ridurre i costi di produzione.

6. Consentire la produzione di prototipi realistici

Oltre ai vantaggi procedurali, la stampa 3D multimateriale può migliorare l’aspetto visivo e la qualità tattile delle parti, consentendo prototipi più realistici. I progettisti possono produrre componenti con più colori, trame e finiture superficiali in un’unica costruzione, riducendo la necessità di verniciatura o rivestimento. Questa capacità consente prototipi che assomigliano più da vicino ai prodotti finali, nonché parti rivolte al consumatore che sono visivamente sorprendenti e pronte per l’uso direttamente dalla stampante. Nel settore medico, questa capacità è stata particolarmente utile per i modelli anatomici, dove avere più colori, trame e opacità rende il modello più facile da capire. In sostanza, integrando le caratteristiche estetiche direttamente nella stampa, i produttori possono semplificare la produzione offrendo al contempo risultati più raffinati.

I modelli anatomici possono essere utilizzati per l’educazione chirurgica avanzata. (Credito foto: Stratasys)

7. Testina di stampa avanzata e tecnologie di miscelazione

Basandosi sulla capacità di lavorare con più materiali, i recenti progressi nelle tecnologie di stampa e miscelazione hanno migliorato sia la precisione che l’affidabilità. Ugelli aggiornati, camere di miscelazione dinamiche e sistemi automatici di cambio utensile permettono alle stampanti di depositare i materiali con estrema precisione, passare agevolmente tra diversi tipi di materiale e ridurre gli errori dovuti a disallineamenti o contaminazioni. Queste innovazioni consentono di produrre progetti complessi e multimateriali in modo coerente ed efficiente.

8. Ampio utilizzo in diversi settori

Grazie a questi progressi, la stampa multimateriale sta trovando applicazioni in una vasta gamma di settori. Dalle calzature e dalla robotica ai dispositivi medici e ai prodotti di consumo, la capacità di integrare più materiali in un unico componente apre nuove possibilità di progettazione che prima erano impraticabili o impossibili. Le aziende possono creare parti che combinano resistenza strutturale, flessibilità, integrazione elettronica e appeal estetico in un’unica costruzione. Il tutto permette di realizzare prodotti innovativi e ridurre notevolmente tempi e costi di sviluppo. Questa versatilità rende la stampa multimateriale uno strumento prezioso non solo per la prototipazione, ma per la produzione su vasta scala in diversi settori.

La stampa multimateriale consente al marchio di calzature Footwearology di stampare scarpe con rigidità e ammortizzazione variabili. (Crediti foto: UltiMaker)

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*Crediti foto di copertina: UltiMaker