Come funziona la stampa 3D?

Gioielli, giocattoli, prototipi, modellini: sono solo alcune delle applicazioni di un settore in crescita esponenziale. Nel giro di 10 anni punta a rivoluzionare la manifatturaQuando verso la metà degli anni ’80 cominciarono a circolare i primi macchinari per la stampa 3D, pochi erano pronti a scommettere che quella tecnologia avesse qualche chance di guidare una vera e propria rivoluzione in ambito manifatturiero. Al tempo l’unica tecnica disponibile era lastereolitografia, che consisteva appunto nello stampare strati di fotopolimeri modellati attraverso l’utilizzo di luce ultravioletta e via via sovrapposti a formare la riproduzione più o meno fedele di un oggetto tridimensionale. Si trattava di un processo lento e costoso (un macchinario poteva arrivare a costare anche 500mila dollari) e dunque poco appetibile per un’applicazione su vasta scala.

A quasi trent’anni di distanza la situazione è drasticamente cambiata. Il costo dei macchinari nel corso degli anni è letteralmente crollato, al punto che da più di 10 anni molte aziende sfruttano la stampa 3D per costruire prototipi tridimensionali in materiale plastico senza dover attivare un intero processo di produzione ad hoc. Ma è solo negli ultimi anni che i macchinari per la stampa tridimensionale hanno raggiunto costi talmente bassi da consentire una potenziale diffusione a livellodomestico. Basti pensare che esistono compagnie come MakerBot che hanno già messo in vendita stampanti 3D di piccole dimensioni il cui prezzo non supera i mille euro (alcune addirittura si spingono sotto i 500). Esistono poi tecniche che riprendono il concetto della stereolitografia come il Digital Light Processing(fotopolimero indurito per mezzo della luce).

Vantaggi: economico, pochi sprechi e una crescente versatilità

I vantaggi della stampa 3D sono innumerevoli, un po’ come i possibili campi di applicazione. Va detto innanzitutto che questa tecnologia sta diventando sempre più a buon mercato, macchinari e inchiostro (in realtà il più delle volte è un materiale plastico) diventano sempre più abbordabili, in più la tecnica di fabbricazione a deposizione permette di sprecare pochissima materia prima (laddove invece i grandi processi produttivi producono tonnellate e tonnellate di scarti). La tipologia di materialiutilizzabili si sta ampliando (seppur lentamente) e alcune multinazionali che operano in campo automobilistico o aeronautico hanno già cominciato a produrre le prime parti in titanio. Queste stesse industrie possono in questo modo produrre singole componenti senza dover avviare un intero e dispendioso processo produttivo, o ristampare alcune componenti poco funzionanti senza dover riconsiderare il progetto nel complesso. Recentemente sono state sviluppate tecniche per produrre oggetti costituiti da diversi pezzi già assemblati. Inoltre, la sinterizzazione laser permette di forgiare oggetti con materiali più leggeri di quelli solitamente utilizzati, e di ottenere strutture e forme prima inconcepibili.

Svantaggi: tempi di lavorazione lunghi e controllo qualità difficoltoso

Un conto è quando una persona vuole produrre una manciata di vasi in plastica per mettere alla prova le sue velleità creative, un altro è quando questa tecnologia viene impiegata a livello industriale con l’obbiettivo di produrre pezzi completi in massa. L’aspirante vasaio può passare tempo a perfezionare il suo modello sul computer e poi lasciare che la stampante si occupi del resto, l’industriale invece ha bisogno che il risultato finale risponda a criteri elevati di qualità (e sicurezza) e, soprattutto, ha bisogno che il risultato arrivi in fretta.

Il tempo, ecco il problema principale della stampa 3D: la produzione di un singolo oggetto costa un’enorme quantità di tempo, e più l’oggetto è complicato (e grande) più questo tempo si dilata. Il secondo ostacolo alla diffusione di queste tecniche è la difficoltà nell’eseguire un effettivo controllo qualitativo sulla produzione degli oggetti: dal momento che ogni pezzo prodotto può essere costituito da migliaia di strati di materiale, è difficile controllare quali strati riportino imperfezioni e in che modo questo possa compromettere la funzionalità dell’oggetto.

 

Da questo punto di vista la tecnologia di stampa 3D deve fare ancora molti passi in avanti, in modo da garantire la produzione di oggetti e componenti identici in ogni singolo dettaglio.

Prospettive: dal motore del boeing alle protesi mediche

C’è chi ne vuole comprare una per fabbricarsi gioielli in plastica, ci sono i nerd che hanno già cominciato a plasmare modelli virtuali per le loro action figure, ma chi ha più interesse nel futuro sviluppo delle tecnologie di manifattura additiva, sono le industrie manifatturiere. Nonostante gli svantaggi e i problemi a cui abbiamo accennato sopra, le tecniche di stampa 3D (in particolare la sinterizzazione laser) sono già utilizzate in diversi campi. La General Electric, ad esempio, ha già cominciato a produrre iniettori carburante per i motori dei jet Boeing 787 Dreamliner “stampando” 20.000 diverse componenti successivamente assemblate nel motore. Per l’anno a venire, l’azienda ha già in progetto di sfruttare la sinterizzazione laser per produrre strisce di titanio da montare sulle pale dell’elica che serviranno a eliminare più facilmente i detriti raccolti in volo. La compagnia europeaEADS invece sta sfruttando questa tecnologia per produrre componenti satellitari. Ma sono diversi i settori che hanno deciso di affidarsi (o almeno di provarci) alla stampa 3D, come ad esempio l’ingegneria biomedica, che sta valutando la possibilità di impiegare materiali ceramici per la produzione di protesi e innesti.

Come abbiamo spiegato, perché la stampa 3D possa davvero avere un ruolo determinante nell’industria manifatturiera del futuro, è prima necessario superare i limiti rappresentati dalle tempistiche di produzione, dai materiali utilizzabili e dai sistemi di controllo qualità. Ma nel frattempo le previsioni in merito si sprecano e l’argomento è stato dibattuto al punto da generare due fronti contrapposti: c’è chi focalizza l’attenzione sui problemi di copyright che una diffusione massiccia di stampanti 3D potrebbe generare, e dall’altra parte chi intravede nella manifattura additiva un soddisfacente surrogato del teletrasporto. Quello che è certo è che le tecniche di stampa 3D per ora continuano a spopolare come dispositivi per la produzione di prototipi a basso costo, settore in cui si stanno raggiungendo livelli prima impensabili.

fonte: wired.it

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