Tutto quello che devi sapere sulla stampa 3D!

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Tutto quello che devi sapere sulla stampa 3D!

Se parliamo di diversi segmenti di mercato, la stampa 3D è una delle tecnologie più diffuse. Tuttavia, mentre iniziamo a esplorare il suo significato concettuale e la sua storia, c'è ancora molto da sapere.

Questo articolo avvierà una discussione approfondita sulla storia della stampa 3D, i suoi principali mercati, processi e materiali utilizzati.

Senza ulteriori indugi, iniziamo la discussione!

Panoramica della storia della stampa 3D

La storia della stampa 3D può essere fatta risalire agli anni '1980 in Giappone, quando Hideo Kodama era alla ricerca di un modo per creare un sistema di prototipazione accelerato e veloce. È stato uno dei primi tentativi di trovare un approccio strato per strato che potesse essere applicato anche alla produzione. Come risultato dei suoi esperimenti, Hideo ha sviluppato un approccio differenziato adatto alla produzione, che prevede l'uso di una resina fotosensibile. Inoltre, è stato polimerizzato con l'aiuto della luce ultravioletta. Sebbene la sua invenzione non sia ancora brevettata, è considerato il primo inventore dei primi sistemi di produzione di stampa 3D.

La crescita principale della stampa 3D è stata osservata tra il 1990 e il 2010, quando migliaia di aziende e startup hanno iniziato a sperimentare diverse tecnologie di produzione additiva. Pertanto, questo decennio segna l'inizio di sviluppi significativi nella tecnologia di stampa 3D, in particolare nella produzione.

I principali metodi di stampa 3D

La tecnologia di stampa 3D comprende una serie di diversi processi di produzione in cui i materiali necessari vengono costruiti strato dopo strato. In qualsiasi forma, i processi di stampa 3D esistenti offrono al progettista un'ampia gamma di possibilità, facilitandogli la scelta del processo più ideale e adatto. Ecco alcuni dei principali processi di stampa 3D:

Stereolitografia (SLA)

Indicato anche come processo di stampa 3D industriale originale, la stereolitografia è ideale per produrre parti con grande dettaglio e una superficie liscia. La qualità risultante delle parti stereolitografiche sembra buona e può aiutare a testare la funzione e l'adattamento dell'assieme. Questo processo di stampa viene utilizzato, tra l'altro, in medicina e per modelli anatomici.

Fusione multigetto

Questo processo è molto simile ai metodi precedenti in quanto aiuta a creare parti funzionali con polvere di nylon. Nella fusione multigetto, le stampanti a getto d'inchiostro vengono utilizzate per applicare l'agente di fusione allo strato di polvere di nylon. Dopo aver costruito questo strato, un elemento riscaldante viene passato sui singoli strati per fonderli insieme. Rispetto ad altri processi, questo processo è anche più facile da gestire meccanicamente e offre una migliore qualità della superficie. Pertanto, questo metodo è l'ideale in quanto combina i vantaggi dei metodi tradizionali con l'accelerazione dei tempi di costruzione, con conseguente migliore qualità della produzione.

PolyJet

È un popolare processo di stampa 3D che consente la creazione di parti con proprietà diverse, inclusi materiali e colori. Utilizzando questo metodo, i progettisti possono migliorare la tecnologia per la produzione di parti stampate a iniezione e prototipi. Tuttavia, il design è uniforme e rigido. Pertanto, di solito è l'ideale attenersi alle procedure convenzionali. Quando il processo include anche la prototipazione della struttura esistente, questo processo elimina la necessità di investire nei primi cicli di sviluppo e progettare più velocemente per risparmiare le risorse necessarie.

Sinterizzazione laser selettiva (SLS)

La sinterizzazione laser selettiva è un processo di stampa 3D che scioglie la polvere a base di nylon e la trasforma in plastica solida. Poiché questo processo crea parti da vero materiale termoplastico, il materiale risultante è anche durevole e ideale per i test funzionali. Rispetto ad altri metodi, le parti prodotte con questo processo sono solide, ma hanno una superficie più ruvida. Questo processo elimina anche la necessità di una struttura di supporto, rendendolo ideale per volumi più grandi non comuni con altri processi di stampa 3D.

fusione del fascio di elettroni

La fusione del fascio elettronico è un altro importante processo di stampa 3D. È molto popolare perché utilizza un fascio di elettroni regolato e controllato da una bobina elettromagnetica che aiuta a fondere la polvere metallica. Ciò aumenta la temperatura del letto di vernice e stabilizza le condizioni di vuoto durante l'accumulo. La temperatura determina anche il materiale utilizzato per fondere le parti. Un altro motivo per cui la fusione del fascio di elettroni è così diffusa è che aiuta a integrare la tecnologia di stampa 3D in modo che le risorse utilizzate nel processo non vengano sprecate.

Elaborazione digitale della luce (DLP)

Questo processo è molto simile alla sinterizzazione laser selettiva in quanto aiuta a migliorare la qualità della resina liquida con l'aiuto della luce. La principale differenza tra i due metodi è che l'elaborazione della luce digitale utilizza schermi di proiezione della luce digitale. Al contrario, l'altro metodo utilizza un laser UV. Ciò significa che la tecnologia di elaborazione della luce digitale utilizza stampanti 3D in grado di produrre un intero strato di immagini contemporaneamente, aumentando la velocità di costruzione complessiva. Sebbene questa tecnica sia spesso utilizzata per accelerare il processo di prototipazione, è utile anche per la produzione di unità a basso volume, comprese le parti in plastica.

Modellazione mediante deposizione fusa (FDM)

È uno dei processi di stampa 3D desktop più comuni utilizzati specificamente per le parti in plastica. La modellazione della deposizione fusa è anche un processo di diffusione poco costoso e comparabile quando è necessario realizzare modelli fisici. Qualsiasi stampante 3D utilizzata per la modellazione della deposizione fusa aiuta a estrudere i filamenti di plastica frammentando i singoli strati e costruendo l'intera piattaforma. Questo metodo è ideale anche per i test funzionali, ma la tecnologia è in genere limitata poiché le parti hanno una superficie di riferimento relativa e una resistenza insufficiente.

Sinterizzazione laser diretta dei metalli

È un processo di stampa 3D in metallo che amplia le possibilità esistenti e possibili per la progettazione di parti metalliche. Questo processo è più comunemente utilizzato per ridurre il volume di metallo utilizzato nella lavorazione e per assemblare funzioni multi-parte in un unico componente. Inoltre, è ideale anche per la produzione di componenti leggeri con canali interni con caratteristiche appositamente studiate. Questo processo è ideale anche per la prototipazione e la produzione perché utilizza parti sufficientemente dense da sopravvivere ai tradizionali processi di fabbricazione dei metalli come la fusione e la lavorazione. Pertanto, la produzione di componenti metallici mediante sinterizzazione laser diretta dei metalli è ideale anche per applicazioni in cui la progettazione di parti con una struttura organica è un requisito fondamentale.

Principali materiali per la stampa 3D

La varietà dei materiali principali per la stampa 3D è ampia quanto i metodi che abbiamo presentato nell'ultima sezione. Ecco i principali materiali di stampa utilizzati nei processi di stampa 3D standard

plastica

La plastica è uno dei materiali più comunemente usati per la stampa 3D in quanto è un materiale diversificato per industrie come i giocattoli e la casa. I prodotti realizzati in plastica con tecnologia di stampa 3D consentono la realizzazione di prodotti dalla forma trasparente e dai colori brillanti, che sono più letti e particolarmente apprezzati per la loro texture lucida. È anche un'opzione relativamente conveniente in quanto è leggera e tascabile sia per gli sviluppatori che per i consumatori. Inoltre, i prodotti in plastica realizzati con stampanti 3D sono disponibili in varie forme e consistenze, il che contribuisce a un'ulteriore diversificazione del campo di applicazione.

Quando si classificano i tipi di plastica utilizzati nella stampa 3D, si distingue tra:

Acrilonitrile Butadiene Stirene (ABS)

È una delle opzioni più solide e sicure, soprattutto per uso domestico o altro uso personale, inclusa l'applicazione della stampante 3D. È anche noto come plastica LEGO perché il suo materiale di base è costituito da strutture simili a spaghetti che forniscono flessibilità e resistenza. Grazie a questa speciale proprietà, questo tipo di plastica è ideale anche per prodotti come giocattoli e adesivi.

Policarbonato (PC)

Sebbene meno popolare di altre plastiche, il policarbonato offre ai designer design degli ugelli unici che sono possibili solo ad alte temperature. Oltre a molte altre categorie di prodotti, il policarbonato è adatto anche per la produzione di plastiche a basso costo e gusci stampati, il che lo rende ideale per questi settori in particolare.

Plastica di alcol polivinilico (PVA)

La plastica di alcol polivinilico è comunemente usata nelle stampanti domestiche a basso costo perché è in genere un substrato adatto per materiali con sufficiente sostenibilità e osservabilità. Tuttavia, la plastica di alcol polivinilico non è adatta per prodotti che richiedono un'elevata resistenza, ma è un'opzione conveniente quando si tratta di realizzare articoli destinati ad essere utilizzati solo temporaneamente.

Polilattide (PLA)

Questa è una delle opzioni più rispettose dell'ambiente per un materiale adatto alla stampa 3D. Questo acido è derivato da fonti naturali come l'amido di mais e la canna da zucchero ed è spesso disponibile sia in forme dure che morbide. Inoltre, è realizzato con materiali solidi ed è quindi adatto a un'ampia gamma di prodotti. Pertanto, è spesso considerata da tecnici e designer come una delle opzioni più versatili ed ecologiche per i processi di stampa 3D, compreso l'uso della plastica.

Polvere

Anche con i moderni processi di stampa 3D, vengono spesso utilizzati diversi tipi di polvere per creare un'ampia gamma di prodotti. Tuttavia, considerando come funzionano le stampanti 3D, le polveri vengono solitamente sciolte e distribuite a strati fino a raggiungere lo spessore, la consistenza e il motivo desiderati. Questa polvere può venire in diverse forme e da diverse fonti e materiali. Tuttavia, alcuni dei più comuni includono quanto segue:

Poliammide (PA)

Conosciuto per la sua forza e flessibilità, questo tipo di polvere consente alti livelli di dettaglio nella produzione di prodotti stampati in 3D. È ideale anche per assemblare parti e interconnettere parti diverse per creare modelli stampati in 3D. Inoltre, è utile per stampare qualsiasi cosa, da maniglie e chiusure a figure creative e macchinine.

allumina

L'alumide è una miscela di alluminio grigio, polvere di alluminio e poliammide, che lo rende uno dei modelli stampati in 3D più stabili. Inoltre, ha una consistenza granulosa e sabbiosa, che lo rende ideale per modelli industriali e prototipi che richiedono un'elevata resistenza. Inoltre, sotto forma di polvere, è relativamente più facile da trasportare e modellare in qualsiasi forma desiderata di cui un prodotto ha bisogno. Pertanto, ha un valore maggiore rispetto ad altre forme di polvere comunemente utilizzate nella stampa 3D.

Resina sintetica

Le resine sintetiche sono uno dei materiali meno utilizzati nella stampa 3D. Rispetto ad altri materiali, le resine vengono utilizzate per applicazioni limitate e offrono sicurezza e resistenza limitate al prodotto finale. Sono realizzati con polimeri liquidi che hanno una maggiore esposizione ai raggi UV e sono quindi solitamente disponibili nelle versioni nera, bianca e trasparente. Tuttavia, diversi prodotti e varianti possono essere realizzati anche nei colori arancione, rosso, blu e verde. Le resine sono generalmente classificate in tre diverse categorie, incluse le seguenti

Resine verniciabili

Si tratta di stampe 3D con superficie liscia note per la loro estetica e forza. Queste resine vengono anche utilizzate per creare dettagli facciali come B. raffigurare fate, spesso difficili da raggiungere.

Resina trasparente

Questa è la categoria di resina più importante in quanto è più adatta per i prodotti stampati in 3D. Sono caratterizzati da una superficie liscia e da un aspetto trasparente, che li rende la scelta ideale per le resine sintetiche. Tuttavia, le varianti chiare e colorate di resine trasparenti sono più comunemente utilizzate per la fabbricazione di pezzi degli scacchi, figurine e piccoli accessori per la casa, che in genere hanno superfici trasparenti.

Resine altamente dettagliate

Questi sono generalmente utilizzati per piccoli modelli che devono avere dettagli intricati e fini. Ad esempio, le resine altamente dettagliate sono più comunemente utilizzate per produrre dita da 4 pollici che contengono strutture complesse per guardaroba e dettagli stampati con questa categoria di resina.

metalli

I metalli sono anche tra i materiali più popolari per la stampa 3D. Sono più comunemente usati nella sinterizzazione laser diretta dei metalli e in altri processi appropriati. Le tecniche che utilizzano i metalli includono la produzione di apparecchiature aerospaziali che richiedono la stampa 3D di metalli pesanti per accelerare e semplificare la progettazione delle parti. I metalli sono anche comunemente usati nella produzione di gioielli. In questi casi, la produzione deve essere rapida e in grandi quantità. Pertanto, c'è l'opportunità di creare un lavoro più dettagliato utilizzando la tecnologia di stampa 3D.

L'uso di metalli nella stampa 3D è più comunemente utilizzato nell'industria aerospaziale per produrre iniettori di carburante per motori a reazione. Si stima che la produzione aumenterà del 2020% entro il 10, indicando il crescente utilizzo di metalli nella stampa 3D nell'industria aerospaziale. Nel processo di stampa, i metalli aiutano a raggiungere una certa durezza, quindi gli stampatori possono utilizzare questi materiali direttamente per realizzare parti metalliche. Una volta che il prodotto ha raggiunto la lavorazione finale, viene elettrolucidato e passato al segmento di mercato successivo.

Fibra di carbonio

La fibra di carbonio è un materiale composito utilizzato nelle stampanti 3D come strato superiore sui materiali plastici. Lo scopo principale dell'utilizzo della fibra di carbonio nella stampa 3D è quello di rinforzare la plastica, poiché la combinazione fornisce un'alternativa più rapida e conveniente al metallo.

Confezione regalo

La carta viene utilizzata nella stampa 3D quando i progetti richiedono un prototipo più realistico rispetto alle illustrazioni 2D. Tali integrazioni consentono ai modelli stampati in 3D di trasmettere l'idea principale del design con maggiore precisione e dettaglio. Inoltre, rende il prodotto finale avvincente e accattivante e dà un migliore senso del genio tecnico che è andato nei processi per ottenere il risultato desiderato.

grafite

Sebbene non sia tra i materiali di stampa 3D più convenzionali, la grafite sta lentamente guadagnando popolarità grazie alla sua conduttività e resistenza. Questo materiale è ideale per realizzare prodotti che richiedono una flessibilità molto maggiore, come ad es B. pannelli solari e parti di costruzione.

Materiali per alte temperature nella stampa 3D

Nella stampa 3D, in particolare nella modellazione a deposizione fusa, i materiali ad alta temperatura svolgono un ruolo importante in quanto sono i potenziali clienti più esigenti. Questi materiali richiedono in genere temperature più elevate rispetto ai materiali normali e hanno proprietà termochimiche e meccaniche eccezionali. Alcuni dei materiali ad alta temperatura più noti per la stampa 3D includono i seguenti materiali.

Polieterchetone chetone (PEEK)

Il polieterchetonechetone è una delle alternative più popolari per le applicazioni che consentono una facile lavorazione con un materiale amorfo. Popolarmente noto come PEEK, fornisce uno strato di adesione aggiuntivo e migliorato, rendendolo un materiale altamente preferito per alte temperature che può anche mostrare un'elevata resistenza sotto carichi di compressione.

È anche noto per la sua elevata resistenza al calore rispetto ad altri materiali di stampa 3D, poiché ha migliori proprietà meccaniche e chimiche che gli conferiscono una maggiore resistenza al calore. Per questo motivo, il polieterchetonechetone è uno dei materiali più popolari per la stampa 3D adatto alle alte temperature.

ULTEM (PEI)

ULTEM, meglio noto come polieterimmide, è un materiale per alte temperature che offre grandi proprietà a un prezzo estremamente basso, rendendolo uno dei materiali preferiti per le alte temperature per la stampa 3D. Uno dei maggiori vantaggi dell'utilizzo come materiale ad alta temperatura per la stampa 3D è che può essere sterilizzato grazie alla sua eccellente resistenza chimica e termica. Pertanto, è la scelta ideale per numerose applicazioni che richiedono elevata resistenza, robustezza e rigidità.

Fluoruro di polivinilidene (PVDF)

Il cloruro di polivinile, chiamato anche PVDF, è noto per la sua elevata resistenza meccanica e per la sua capacità di resistere a temperature fino a 150 gradi Celsius. È anche un termoplastico altamente inerte strettamente correlato al teflon, il che lo rende una delle opzioni preferite.

I principali mercati per la stampa 3D

La tecnologia di stampa 3D è in circolazione da diversi decenni e ha guadagnato popolarità in vari segmenti di mercato e settori. Le applicazioni di stampa 3D coerenti si stanno evolvendo, ma hanno guadagnato popolarità in alcuni mercati chiave.

Ecco alcuni dei casi d'uso più comuni dei settori che utilizzano la stampa 3D:

Medicina

La stampa 3D è ampiamente utilizzata in medicina, in particolare nella biostampa, dove i tecnici devono utilizzare materiali come cellule e fattori di crescita per studiare strutture simili a tessuti. Anche le applicazioni di stampa 3D in medicina stanno contribuendo all'uso diffuso di impianti metallici per l'osteoporosi. La biostampa sta anche aiutando a stampare in 3D organi artificiali, che possono aiutare i pazienti con insufficienza d'organo quando una crescita più rapida è un requisito essenziale per il trattamento.

industria delle costruzioni

Il settore edile è un altro caso d'uso popolare per la stampa 3D. La stampa 3D concreta è considerata un modo precedente e meno costoso per costruire edifici. Ha consentito ai progettisti di creare progetti in loco su misura per fondamenta ed edifici in cemento.

arte e gioielli

Il settore dell'arte e della gioielleria è anche un'applicazione popolare della tecnologia di stampa 3D. I progressi nella stampa 3D hanno consentito e ispirato milioni di artisti in tutto il mondo a creare i loro pezzi d'arte e gioielli personalizzati e unici utilizzando la stampa 3D in metallo. Soprattutto nello spazio della gioielleria, le stampanti 3D aiutano i designer a sperimentare un design che i tradizionali processi di creazione di gioielli non possono. Inoltre, aiutano i creatori a creare i propri gioielli unici e su misura.

Produzione e prototipazione

Come sappiamo, la stampa 3D è stata inizialmente sviluppata per una prototipazione più rapida. Tuttavia, la tecnologia della stampa 3D ha contribuito in modo significativo alla crescita del segmento di mercato della produzione e della prototipazione. Combinando le tecnologie di cloud computing, le aziende ora offrono ai consumatori servizi di produzione additiva senza le spese per l'acquisto di una stampante 3D.

Prospettive per il futuro

Come tecnologia, la stampa 3D ha cambiato il mondo. Non si limita solo al settore di riferimento, ma influisce anche sulla vita quotidiana di milioni di consumatori in tutto il mondo. Inoltre, ha reso il segmento dei beni di consumo più personalizzato e on-demand, ampliando così le fonti per la produzione in futuro.

Guardando al futuro, gli esperti prevedono che le stampanti 3D saranno anche in grado di costruire materiali atomo per atomo, portando la tecnologia di costruzione leggera a un livello superiore. La tecnologia aiuterà anche a creare materiali leggeri e ad alte prestazioni. Tuttavia, dovrebbero essere prese in considerazione anche le sfide esistenti della stampa 3D e della produzione additiva nei singoli settori. La tecnologia esistente sta per diventare migliore e più economica, offrendo ai ricercatori molte opportunità per integrare la stampa 3D con altri processi tecnologicamente avanzati.

Per consentire all'industria di utilizzare le tecnologie di stampa 3D esistenti in futuro, l'industria e la politica devono unirsi e formulare ulteriori raccomandazioni per rafforzare la politica. Inoltre, è anche necessario guardare la questione in modo diverso in modo che le tecnologie future diano un risultato migliore.

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