Avere una stampante 3D era, fino a pochi anni fa, una passione di nicchia. Per acquistarne una serviva un budget considerevole, e pertanto questi dispositivi si trovavano soltanto nelle case degli appassionati.
Oggi la situazione è cambiata, come avvenuto nel tempo per altre tipologie di dispositivi, per esempio monitor 4K, smartwatch con SIM, droni.
I prezzi sono scesi, le macchine sono diventate più affidabili e semplici da usare, i materiali si sono moltiplicati, e così anche le possibilità di utilizzo.
Nonostante ciò, c’è ancora un po’ di confusione su come funziona una stampante 3D e su cosa puoi davvero creare, o come.
Ed è proprio quello che vedremo in questa guida completa, così da darti una panoramica esaustiva sul funzionamento di questi dispositivi e sulle loro differenze.
Iniziamo subito! 🙂
Contenuti dell'articolo
A cosa serve una stampante 3D?
Proprio come una stampante tradizionale stampa su fogli di carta, una stampante 3D serve a stampare oggetti tridimensionali a partire da un modello.
Ricambi per elettrodomestici, supporti e contenitori, miniature per giochi da tavolo, decorazioni, utensili per casa sono tutti esempi di creazioni possibili. Per non parlare delle applicazioni per professionisti, con protesi, modelli temporanei, e così via.
In entrambi i casi, il processo di stampa è identico, e consiste nel costruisce gli oggetti aggiungendo o trasformando materiale.
Strato dopo strato, puoi vedere le tue creazioni prendere vita con una precisione impensabile soltanto pochi anni fa.
Come vedremo nei prossimi paragrafi, ci sono diverse tipologie di stampante 3D, e tutte hanno un loro funzionamento specifico proprio a partire dagli elementi in comune.
Questi ultimi sono la produzione additiva, la dipendenza dal software, la libertà creativa (quasi) infinita.
Vediamo allora come queste caratteristiche si declinano nelle diverse tipologie e, in particolare:
- come funziona una stampante 3D a resina;
- come funziona una stampante 3D a filamento.
Ma non solo!
Come funziona una stampante 3D a resina
Le stampanti 3D a resina si basano su un processo di stampa chiamato “fotopolimerizzazione”. In pratica la luce UV, di diverso tipo a seconda della specifica tecnologia, colpisce la resina liquida e la trasforma in plastica solida strato per strato.
Le versioni più diffuse oggi nel mercato consumer sono le stampanti MSLA, Masked StereoLithography Apparatus, note anche come LCD.
Il loro serbatoio di resina si trova al di sopra di uno schermo LCD che funge da maschera. Il suo compito è proiettare la forma esatta di ogni strato da “stampare” in modo selettivo, lasciando passare la luce UV soltanto nelle zone da solidificare.
Come puoi immaginare, la piattaforma di stampa si trova nella parte superiore del serbatoio: è immersa nella resina, ma dopo ogni esposizione si solleva di pochi micron alla volta.
L’oggetto cresce man mano che la piattaforma va verso l’alto, strato per strato. Ciò vuol dire che, se vuoi comprendere come funziona una stampante 3D a resina, dobbiamo anche valutare:
- i materiali;
- il processo di stampa;
- i pro e i contro di questa soluzione.
Vediamoli in dettaglio.
I materiali
Sul mercato sono disponibili diversi tipi di resine fotosensibili, da quelli meno economici a quelli più professionali.
C’è per esempio la resina standard, che è la più economica e offre buone prestazioni, ma è più adatta a modellini e miniature.
Se hai bisogno di un’applicazione più specialistica, allora stai cercando la resina ABS-like. Come dice il nome stesso, ha proprietà simili all’ABS termoplastico: resiste agli urti e va bene anche per prototipi funzionali.
Infine c’è anche la resina ingegneristica, la migliore dal punto di vista della qualità e della resistenza ma, come puoi intuire, anche la più costosa.
Ti anticipo qui uno dei pro delle stampanti 3D a resina. Quando usi i filamenti, nelle altre tipologie di stampa tridimensionale, quando sbagli il filamento estruso è perso e non puoi recuperarlo.
Pur costando mediamente di più, invece, la resina non utilizzata rimane nel serbatoio e si conserva dopo la stampa. Potrai riutilizzarla in futuro, se correttamente filtrata e conservata. 🙂
Il processo di stampa
Il processo di stampa non parte dalla stampa, ma dallo slicer. Si tratta di un software che converte un modello digitale tridimensionale in istruzioni macchina comprensibili per la stampante 3D, note come G-code.
Senza questo programma, la stampante non saprebbe come muoversi nello spazio per creare l’oggetto. Il funzionamento può essere così riassunto:
- Slicing del modello, processo in cui il modello viene “affettato” negli strati di resina che saranno solidificati dalla stampa;
- Calcolo del percorso, per ogni singolo strato, in modo da dare al raggio UV la traiettoria esatta;
- Generazione del G-Code, le istruzioni con le coordinate geometriche e i comandi relativi a velocità e temperature dell’hardware.
Fatto ciò, devi solo riempire il serbatoio con la resina e avviare il processo di stampa, che può essere più o meno lungo a seconda dell’oggetto. Ma comunque più breve rispetto alle stampanti 3D a filamento.
Al termine della stampa, poi, dovrai rimuovere i residui di resina non polimerizzata e lavarlo in alcol isopropilico o in soluzioni dedicate. Per completare la polimerizzazione, sarà invece necessaria una sorta di “post-produzione” con la luce UV in appositi recipienti di cura.
Pro e contro
Qualità superficiale eccezionale, grazie alla risoluzione di 50 micron per pixel, dettaglio elevatissimo, ottima riproduzione di geometrie complesse.
I vantaggi della stampa 3D a resina sono questi, per cui si tratta di una scelta adatta per miniature, prototipi estetici e modelli architettonici.
La resina però va trattata in modo adeguato: si tratta di un materiale potenzialmente nocivo al contatto che richiede l’uso di dispositivi di protezione individuale come mascherine, occhiali e guanti. Anche e soprattutto nel processo di post-produzione.
Altri contro sono poi:
- una maggiore fragilità media rispetto alla stampa FDM;
- un volume di stampa in media più piccolo;
- ventilazione adeguata per i vapori della resina.
Se stai pensando di acquistare una stampante 3D a resina e tenerla nel chiuso della tua stanza, evita.
Come funziona una stampante 3D a filamento
Vediamo adesso come funziona una stampante 3D a filamento o FDM, ossia la tipologia di stampa 3D più diffusa in assoluto. Il funzionamento è infatti molto diverso da quello che abbiamo appena visto, e può essere così schematizzato:
- Un filo di plastica avvolto su di una bobina viene trascinato verso la testina di stampa
- Qui il filamento viene fuso a temperature comprese fra 180 °C e 300 °C a seconda del materiale
- Poi viene depositato sul piano di stampa con una precisione più che millimetrica
- Qui il carrello si muove sui due assi orizzontali XY per disegnare la sezione di ogni strato (ogni slice)
- Dopo ogni strato, l’ugello si sposta sull’asse Z per passare allo strato successivo
Già da questa breve descrizione puoi individuare alcune differenze con la stampa 3D a resina. Vediamo quali sono le altre nei prossimi paragrafi.
I materiali
Anche per le stampanti FDM ci sono diversi materiali che puoi prendere in considerazione per la creazione di oggetti tridimensionali.
Oltre alla diversa temperatura di fusione, hanno anche diverse caratteristiche di solidità e resistenza, che possono orientare la scelta verso l’uno o l’altro. Ecco i principali:
- PLA, acido polilattico: materiale economico e facile da stampare, è disponibile in centinaia di colori ma può deformarsi già a 60 °C;
- ABS, polimero termoplastico resistente anche al calore, che però richiede un ambiente controllato per una stampa corretta;
- PETG, la plastica delle bottiglie ma migliorata con il Glicole: è considerato il compromesso ideale, perché è più resistente del PLA e più facile da stampare rispetto all’ABS;
- TPU, poliuretano termoplastico: è un filamento molto flessibile anche in grado di assorbire gli urti, ma richiede una velocità di stampa ridotta per non avere problemi durante l’estrusione.
Ci sono poi anche filamenti tecnici per usi specialistici, come nylon ad alta resistenza meccanica o PEEK per applicazioni ad alte temperature. O ancora filamenti caricati con fibre di carbonio per aumentare la rigidità, e così via.
Ma come puoi immaginare, si tratta di applicazioni professionali che poco hanno a che fare con il mercato consumer e le passioni degli hobbisti. 🙂
Il processo di stampa
Anche nella stampa FDM il processo parte dallo slicer che, dopo aver processato il modello, invia le istruzioni alla stampante 3D. A differenza dei modelli a resina, qui è tutto molto più semplice:
- Carica la bobina di materiale plastico
- Prepara il piano di stampa in modo da consentire un livellamento uniforme e favorire l’adesione del filamento
- Invia il file alla stampante
- Aspetta che la stampa si concluda
Per quanto riguarda la velocità di stampa, il mio consiglio è di partire sempre con una bassa velocità, proprio per migliorare l’adesione al piano di stampa.
Pro e contro
Le stampanti 3D a filamento hanno l’innegabile vantaggio di costare di meno, aspetto al quale uniscono la varietà dei materiali e la semplicità d’uso.
Certo, la stampa non è la stessa delle stampanti MSLA: superfici con righe di strato, geometrie più semplicistiche, risoluzione inferiore. In più, è necessario un ulteriore lavoro manuale dopo la stampa.
Eppure, si tratta di un processo intuitivo e molto più sicuro, senza dubbio indicato per i neofiti o per chi non ha grandissime pretese.
Altre tipologie di stampante 3D
FDM e resina MSLA sono le due varianti più diffuse per la stampa 3D nel mercato consumer.
Oltre ad esse, però, esistono anche altre tipologie di stampante 3D, ciascuna con un proprio funzionamento che vale la pena approfondire. In particolare, ci sono:
- Stampanti 3D SLA. La stereolitografia è stata la prima tecnologia di stampa 3D al mondo ed è, di fatto, l’erede della moderna stampa a resina. Se quest’ultima è lo standard attuale, le stampanti SLA sono ancora le preferite dai professionisti per precisione e qualità finale.
- Stampanti 3D DLP. Varianti della stampa a resina, usano un proiettore digitale invece del laser SLA o dello schermo LCD MSLA. Questa tecnologia è spesso usata in ambito dentale per la sua velocità, affidabilità e qualità del risultato di stampa.
- Stampanti 3D PBF. La stampa Powder Bed Fusion usa un laser ad alta potenza per sintetizzare piccole particelle di polvere termoplastica, legandole tra loro strato per strato. L’oggetto si trova “sepolto” nella polvere non sinterizzata, che funge da suo supporto naturale.
- Stampanti 3D DMLS o SLM. Sono le varianti della Powder Bed Fusion utilizzate per la stampa tridimensionale di oggetti metallici. Ovviamente parliamo di macchinari industriali con utilizzo nella filiera aerospaziale e dell’automotive.
- Stampanti 3D MJ. Le stampanti Material Jetting, a getto di materiale, hanno una testina che proietta milioni di micro-gocce di fotopolimero liquido (la resina) su di un piano. Subito dopo, una potente luce UV passa sopra il materiale e lo solidifica istantaneamente.
Come puoi vedere, la stampa MJ è molto vicina concettualmente a quella a getto di inchiostro delle classiche stampanti 2D. E lo stesso si può dire per la stampa PBF nei confronti delle tradizionali stampanti laser.
Con i dovuti distinguo, ovviamente. 🙂
Se vuoi saperne di più, ti consiglio di leggere le guide su come funziona una stampante e sulle migliori stampanti.
Conclusioni
Capire come funziona una stampante 3D permette di comprendere più nello specifico cosa sta dietro il gesto semplice, in apparenza, di premere sul pulsante “Stampa”.
Ci sono già molte differenze fra le tecnologie MSLA e FDM, già perfette per un normale utente, per non parlare delle altre tipologie dalle applicazioni più avanzate.
Se hai dubbi scrivi pure un commento qui sotto. Se invece vuoi mettere in pratica le tue nuove conoscenze, ti rimando alla guida sulle migliori stampanti 3D. 😉
