Una panoramica sui materiali per la stampa 3D: materiali ceramici e materiali organici

Nel corso degli anni, la produzione additiva è cresciuta in modo esponenziale. Le  tecnologie di stampa 3D si evolvono e con esse anche i materiali utilizzati. All’inizio i materiali di stampa erano scarsi, ma gradualmente, grazie alla ricerca e allo sviluppo, è stato possibile ampliare il numero e i tipi di materiali. I più noti sono sicuramente i polimeri (PLA, ABS, resine, nylon) e i metalli. Tuttavia, oggi vogliamo fare una panoramica generale su due gruppi di materiali in particolare: i materiali ceramici, di cui fanno parte numerosi materiali inorganici duri come la ceramica, ma anche la sabbia o il cemento, e i materiali organici.

Materiali ceramici

Ceramica

Quando si parla di ceramica, spesso si pensa a quelle più tradizionali come l’argilla o la porcellana. Tuttavia, esistono anche ceramiche tecniche per applicazioni avanzate. Attualmente sul mercato esistono due gruppi principali di ceramiche tecniche: gli ossidi e i non ossidi. Il primo gruppo comprende gli ossidi metallici di allumina, zirconia e silice, mentre il secondo gruppo è costituito da materiali come il carburo di silicio, il boruro di silicio o il nitruro di silicio. L’uso di questi materiali è ideale per le parti che richiedono resistenza alle alte temperature e all’usura, parti in ceramica vengono ad esempio richeste per i settori automotive e aerospace. Una stampante 3D per ceramica può utilizzare diversi processi di produzione: Binder Jetting, stereolitografia, estrusione o fotopolimerizzazione.

Crediti: Lithoz

Sabbia

La sabbia può essere considerata come rientrante nei materiali ceramici. Viene utilizzata per creare parti complesse che sfruttano i vantaggi della produzione additiva, soprattutto per la fabbricazione di stampi da fonderia. L’uso di questo materiale riduce gli scarti e i tempi di produzione sono molto più brevi rispetto ad altre tecniche. Può essere utilizzato per la produzione di massa di prodotti finiti o per la prototipazione, con macchine come la S-Max Flex di ExOne. Nel video qui sotto, è possibile vedere un esempio in cui l’azienda Sandhelden utilizza la stampa 3d in sabbia per creare accessori per il bagno più sostenibili.

Cemento

Il cemento è un altro dei materiali ceramici che vogliamo mettere in evidenza. Per produrlo, si mescolano grani di pietra e acqua, creando un impasto uniforme che è anche compatibile con la stampa 3D. La produzione additiva nell’industria delle costruzioni è quindi diventata sempre più importante. L’utilizzo del calcestruzzo come materiale da costruzione è molto economico, mentre il prezzo delle stampanti varia da 180.000 euro a oltre 1 milione di euro. Tra le stampanti che si possono trovare sul mercato ci sono la stampante Apis Cor House o la Crane di WASP. La velocità è uno dei vantaggi che caratterizzano queste macchine: in 48 ore è possibile erigere le pareti di una casa!

Pietra

La pietra è un’altra opzione ceramica compatibile con la produzione additiva. Questo materiale viene utilizzato principalmente sotto forma di filamento per le stampanti 3D FDM/FFF. I filamenti di pietra sono costituiti da una miscela di gesso e plastica. I produttori che offrono entrambi i filamenti sono ColorFabb e Formfutura. L’aspetto sorprendente di questi filamenti è che hanno davvero l’aspetto e la sensazione della pietra, ideali per le applicazioni decorative con una finitura più naturale.

Credits: Spectrum Filaments

Materiali organici

Tessuti biologici

Dopo aver esaminato i materiali ceramici, rivolgiamo ora la nostra attenzione ai materiali organici, utilizzati in particolare nel 3D Bioprinting. Il bioprinting è la stampa 3D di un inchiostro composto da cellule che può essere utilizzato per ottenere pelle, tessuti, tendini o addirittura organi. La stampa avviene solitamente depositando strati successivi attraverso una siringa creata appositamente. Ci sono ancora molti progressi da fare, ma le scoperte e le innovazioni nel settore sono sempre più numerose e promettenti! Per approfindimento, rimandiamo al nostro articolo dedicato agli ultimi progetti più interessanti di 3D Bioprinting.

La biostampante 3D BIO V1 (crediti: Regemat)

Cera

Questo materiale organico viene utilizzato principalmente per lo stampaggio in tanti settori e applicazioni in meccanica, nel settore artistico, in odontoiatria o nella gioielleria. In termini di materiali, ad esempio, possiamo menzionare le stampanti 3D ProJet MJP 3600W e 3600W Max di 3D Systems che utilizzano il materiale M3 Hi-Cast. Inoltre, l’azienda Solidscape di Prodways è specializzata nella produzione di stampanti 3D per cera offrendo una gamma completa di stampanti 3D pensate in particolare per il settore della gioielleria.

Cibo

Chi avrebbe mai pensato di poter stampare cibo con le stampanti 3D? Barilla ha stampato in 3D la pasta e gli spaghetti, altri il gelato, il cioccolato e di recente abbiamo visto progressi verso la stampa 3D di carne e pesce. La stampa 3D sta rivoluzionando la cucina! La domanda che sorge spontanea è: esistono stampanti per alimenti? La risposta è sì. Tra queste ci sono Foodini di Natural Machines, Brill 3D Culinary Studio, Mycuisini 2.0 o Choc Creator V2 Plus per la stampa del cioccolato. Le abbiamo raggruppate nella nostra classifica delle top stampanti 3D per alimenti.

La stampante 3D Foodini (crediti: Natural Machines)

Legno 

Il legno è utilizzato principalmente sotto forma di filamento per le stampanti 3D FDM/FFF, ma esistono anche soluzioni come la stampante 3D di Desktop Metal con tecnologia Forust™ per stampa 3D Binder Jetting in legno. Per quanto riguarda i filamenti, questi contengono solitamente il 30-40% di fibra di legno e il 60-70% di polimero. Tra i produttori che offrono questi filamenti troviamo ColorFabb e Formfutura. L’aspetto sorprendente di questo materiale è che alla vista e al tatto ricorda davvero il legno e può essere utilizzato per la produzione di parti finite più sostenibili.

Crediti: Forust

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