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Cos’è la stampa 3D, a che serve e come fanno le stampanti a creare oggetti tridimensionali

La stampa 3D è una tecnologia in rapido sviluppo e di cui si sente parlare sempre più spesso. Cercheremo di spiegare in modo semplice cosa è e come funziona questo processo. Vi mostreremo come una tecnologia apparentemente di difficile accessibilità può diventare alla portata di tutti.

A cura di Videostorie
17 Febbraio 2022
18:15
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Cos’è la stampa 3D, a che serve e come fanno le stampanti a creare oggetti tridimensionali
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La tecnologia della stampa 3D permette di realizzare prototipi tridimensionali con estrema facilità, a partire da un modello progettato al computer. Diciamo subito che esistono diversi metodi di stampa tridimensionale: quelli che sfruttano i fasci laser, raggi UV e addirittura anche elettroni, che vengono usati soprattutto nelle industrie.

In questo articolo vi spieghiamo il funzionamento del metodo  più diffuso, che si può adoperare tranquillamente a casa nostra: il Fused Deposition Modeling (FDM), in italiano modellazione a deposizione fusa.

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Stampante FDM in azione

Cosa è la modellazione a deposizione fusa?

La modellazione a deposizione fusa funziona grazie a un processo industriale chiamato estrusione, che consiste nello spingere del materiale fuso attraverso un foro creando un filamento di sezione costante, che si sovrappone strato su strato secondo il metodo cosiddetto della produzione additiva.

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in foto: Foto di Shuang–Zhuang Guo – Estrusione di un filamento di termoplastica

Il sistema a produzione additiva più utilizzato è quello dell’estrusione a caldo, applicato per metalli e termoplastiche. Poi c’è il sistema dell’estrusione a freddo, usato invece per i materiale da costruzione come cemento e argille. In questo secondo tipo di stampanti 3D la sostanza è in forma liquida ed è spinta attraverso un ugello da un pistone. Questo sistema è impiegato principalmente per le costruzioni di grandi strutture come abitazioni.

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Foto di ICON– Estrusione a freddo con cemento

Per capire come funziona, proprio dal punto di vista meccanico, facciamo un esempio: pensate a una comune stampante per documenti (quella a getto d’inchiostro): la stampante è dotata di una testina che si muove solo su un unico asse, ovvero verso destra e verso sinistra. Mentre il foglio avanza, la testina che è dotata di fori rilascia una determinata quantità di inchiostro nei diversi punti formando l’immagine. Così funziona una stampante a getto d’inchiostro. Ora che avete in mente questo processo vi basta sapere che la stampante 3D non ha una testina ma un ugello, cioè un pezzo della stampante molto simile alla punta di una siringa, e l’inchiostro è sostituito dal cosiddetto filamento di materiale. Nel caso dell’estrusione a caldo l’ugello ha diverse funzioni: tira il filamento, lo riscalda e lo deposita sulla superficie. La grande differenza tra i due tipi di stampa è appunto la terza dimensione.

Il processo di stampa 3D

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Schema della testa di stampa

Quando viene avviato il processo, la stampante legge il file del modello 3D dal computer. Il materiale di stampa si carica in una bobina sotto forma di filamento ed è inserito in un ugello di estrusione riscaldato, che scioglie il materiale che viene depositato su un piano. La testa di stampa è dotata di rulli che tirano il filamento durante la stampa.

L'ugello si sposta in tre direzioni: lunghezza, larghezza e altezza, depositando dei sottili cordoni di materiale, chiamati "road", che vengono disposti uno affianco all’altro e poi uno sull’altro, creando così la forma nelle tre dimensioni.

Quando la stampante ha creato il primo livello, la base o la testa si sposta sull’asse verticale per aggiungere un nuovo livello. Questo ciclo va avanti fino al completamento dell’oggetto che si vuole realizzare.

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RepRapPRO– Timelapse del processo di stampa 3D FDM

Questa tecnologia ha davvero tantissimi vantaggi: primo su tutti aiuta molti progettisti a velocizzare la produzione di prototipi per i loro progetti. E poi non spreca materiale. Se ci pensate, infatti, questo processo di produzione usa la quantità esatta di materiale necessaria per creare l’oggetto, senza sprechi. Ma la cosa più affascinante è che può essere usato praticamente in tutti i settori: dalle industrie alimentari a quelle aerospaziali fino all’ambito medico per la creazione di tessuti.

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