Dal design alla parte finale: come funziona il processo di stampa 3D?

La stampa 3D, nota anche come produzione additiva o Additive Manufacturing, è un processo in cui sottili strati di materiale vengono depositati uno sopra l’altro per formare un oggetto. Oggi sono disponibili diverse tecniche di stampa, raggruppate in 7 famiglie principali che possono essere utilizzate per lavorare con un’ampia gamma di materiali, dalle plastiche e i metalli alle ceramiche e ai siliconi.

Le 7 famiglie di tecnologie di produzione additiva

• Estrusione di materiale: il materiale viene spinto (estruso) in forma liquida attraverso un ugello e depositato a strati che si induriscono.

• Fotopolimerizzazione: il pezzo si forma per la solidificazione di resine liquide che reagiscono con i fotoni emessi da una sorgente di luce U-V. Il pezzo è immerso in un bagno di resina liquida durante la stampa.

• Powder Bed Fusion (o fusione a letto di polvere): le particelle fini di materiale (plastica o metallo) in polvere vengono portate al di sotto della temperatura di fusione e unite tra loro tramite l’energia di un laser.
• Binder Jetting: le particelle fini (plastica, metallo, ceramica, sabbia, ecc.) in un letto di polvere sono unite da un legante depositato con estrema precisione da una testina di stampa (simile a quella di una stampante a getto d’inchiostro).
• Material Jetting: una resina liquida viene depositata con estrema precisione da una testina di stampa (simile a quella di una stampante a getto d’inchiostro) e viene poi solidificata dai fotoni emessi da una sorgente di luce U-V.
• Directed Energy Deposition: una polvere fine (o un filo metallico) viene fusa utilizzando un laser, un arco elettrico o un fascio di elettroni.
• Sheet Lamination (o stratificazione): un foglio di materiale viene tagliato per formare uno strato, quindi gli strati vengono stratificati (incollati) per formare il modello 3D.

Grazie a questa varietà di tecnologie, siamo in grado di produrre ogni tipo di oggetto, dai gioielli agli edifici e ai razzi. Tutte queste tecnologie hanno un flusso di lavoro diverso, ma qualunque sia la tecnologia di stampa 3D utilizzata, il processo di produzione additiva può essere suddiviso in 4 fasi generali, che illustreremo di seguito.

Il processo di stampa 3D: un flusso di lavoro in 4 fasi

CAD, scansione 3D o download del modello

Il primo passo consiste nel definire il modello digitale che si desidera stampare in 3D. Ci sono tre modi per farlo:

• Progettare digitalmente i propri modelli utilizzando un software CAD (Computer-Aided Design) come SolidWorks, Fusion 360, Tinkercad, Siemens NX, NTopology, ecc.
• Scansionare un oggetto o una persona utilizzando uno scanner 3D, una fotocamera e un computer o un telefono;
• Scaricare un modello da un sito web specializzato, come Thangs, Thingiverse, Printables, MyMiniFactory, Cults, ecc.

Al termine di questa fase, il modello finale si presenta spesso sotto forma di una maglia di punti in formato 3MF, STL o OBJ.

Slicing

Una volta che il modello 3D è pronto, lo slicing viene effettuato utilizzando uno strumento dedicato per convertire il modello 3D in una serie di istruzioni che devono essere eseguite dalla stampante, generalmente scritte in G-Code. Un software dedicato, chiamato slicer, viene utilizzato per specificare le impostazioni della macchina e del materiale per creare il codice utilizzato dalla macchina. L’utente inserisce quindi i parametri di stampa (a seconda della tecnologia, della macchina e del materiale utilizzato) in questo software di slicer per generare le istruzioni che verranno inviate alla stampante per creare il pezzo desiderato. Le soluzioni di slicing più note sul mercato sono Cura e Simplify3D.

Lo slicer converte il modello 3D in una serie di istruzioni per la stampa 3D, tenendo conto dei parametri specificati.

Stampa

Una volta inviato il G code (o un altro linguaggio di programmazione) alla macchina, questa stampa il modello. La maggior parte delle stampanti 3D sono macchine autonome in grado di produrre pezzi senza assistenza durante la stampa. Una volta completata questa fase, l’utente recupera il pezzo e, a seconda della tecnologia, del materiale e del risultato finale desiderato, può essere necessaria una post-elaborazione dell’oggetto stampato.

Post-processing

Il post-processing di un pezzo può andare dalla levigatura alla lavorazione CNC. Questa fase può essere facoltativa per alcune tecnologie e materiali di stampa, mentre per altre è indispensabile. Le diverse fasi e metodi di post-processing includono: levigatura, verniciatura, foratura, levigatura, assemblaggio, stuccatura, ricottura, lavorazione, ecc.

La post-lavorazione è la fase finale del flusso di lavoro della stampa 3D.

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