Cos’è la stampa 3D?

Le tecnologie di stampa 3D, di cui oggi tanto si parla, rientrano nel più vasto insieme delle tecnologie di fabbricazione (o manifattura) digitale. Con il termine fabbricazione digitale si intende un insieme di tecnologie in grado di produrre oggetti solidi e tridimensionali partendo da file digitali e utilizzando macchinari gestiti tramite computer.

Le tecnologie di fabbricazione digitale possono essere suddivise in tre categorie:

• tecnologie di stampaggio a iniezione;
• tecnologie sottrattive;
• tecnologie additive.

Nello stampaggio a iniezione viene colato materiale allo stato fluido, generalmente polimeri, dentro ad uno stampo, che serve per dare la forma all’oggetto.

È un approccio conveniente per grandi produzioni in serie, poiché nonostante l’elevato investimento iniziale per la creazione dello stampo, la produzione di un numero elevato di esemplari dell’oggetto finale permette di abbattere i costi. Al contrario, non è conveniente per la produzione di un numero di esemplari ridotto, poiché i costi iniziali per la creazione dello stampo non vengono ammortizzati.

Esempio di stampo bivalve.

Le tecnologie sottrattive fanno riferimento a macchinari, generalmente frese o torni, che scolpiscono un blocco di materiale, togliendo la parte in eccesso fino a lasciare solo la forma desiderata. Il materiale viene rimosso tramite un utensile rotante applicato su un blocco di materiale che resta fermo (fresatura) oppure tramite un utensile fisso mentre il blocco di materiale viene fatto ruotare (tornio).

E’ una tecnologia che permette di utilizzare quasi qualsiasi materiale, tra i quali alcuni che non possono essere usati con le altre tecnologie, ad esempio il polistirolo, la pietra, il marmo e il legno.

Esempio di fresatura su polistirolo.

Le tecnologie additive, più comunemente note come stampa 3D, sono quelle in cui gli oggetti vengono prodotti attraverso la deposizione di materiale in strati successivi e sovrapposti.

Queste tecnologie sono utili per la produzione di esemplari unici o per una tiratura limitata, poiché non hanno costi di investimento iniziali per la produzione di un oggetto, inoltre, i costi di produzione non calano anche a fronte di un numero elevato di esemplari.

Esempio di stampa 3D a filamento.

Quando si parla di stampa 3D, talvolta vengono utilizzati anche altri termini: rapid prototyping, rapid manufacturing e rapid tooling; spesso accomunati in lingua italiana sotto il termine comune di prototipazione rapida. C’è talvolta un po’ di confusione nell’uso di questi termini, spesso utilizzati come sinonimi del termine “stampa 3D”, ma che, in realtà, indicano campi applicativi differenti.

Il termine rapid prototyping (propriamente “prototipazione rapida”) indica l’utilizzo della stampa 3D per realizzare prototipi. Questa è stata l’applicazione per cui è nata la stampa 3D, cioè per realizzare velocemente e a basso costo prototipi di oggetti, prima di metterli in produzione con il sistema di stampaggio a iniezione. Prima della stampa 3D i prototipi venivano realizzati a mano da modellisti, generalmente in legno o argilla, con tempi molto lunghi e costi elevati.

La rapid manufacturing (comunemente tradotta come “manifattura additiva”), è un’evoluzione della prototipazione, poiché indica la realizzazione in stampa 3D di oggetti destinati all’uso o alla vendita, quindi oggetti funzionali e non semplici prototipi. Si tratta di una evoluzione che è stata possibile grazie al progresso e al miglioramento delle tecnologie e dei materiali di stampa 3D.

Il rapid tooling (intraducibile, se non come “creazione rapida di strumenti”) indica la produzione in stampa 3D di elementi personalizzati come utensili, attrezzi, parti di ricambio che non si trovano normalmente in commercio.

Personalmente ritengo che tra le tecnologie di fabbricazione digitale debbano essere incluse anche quelle che consentono di elaborare un modello 3D digitale, cioè il file indispensabile per avviare il processo di produzione.

Per creare un modello 3D digitale oggi abbiamo due strade: la scansione 3D e la modellazione 3D. 

I sistemi di scansione o rilievo 3D sono sistemi che funzionano attraverso hardware e/o software dedicati e che permettono di registrare le caratteristiche della superficie di un elemento, relativamente a forma, dimensione e colore. Vengono usati quando è necessario rilevare un oggetto che già esiste, ad esempio per poi riprodurlo in stampa 3D.

La modellazione 3D fa riferimento a software di grafica che permettono di disegnare digitalmente elementi tridimensionali. E’ la soluzione usata per creare da zero nuovi oggetti. 

Talvolta i due approcci si integrano, ad esempio nel caso in cui prima acquisiamo la forma di un oggetto tramite scansione 3D, per poi apportare modifiche tramite modellazione 3D prima di produrlo; è il caso del processo noto come reverse engineering.