Tutto sulla stampa 3D: dalla storia agli utilizzi

Cosa vuol dire stampare in 3D

Quando parliamo di stampa 3D, intendiamo la realizzazione fisica di oggetti tridimensionali a partire da un modello digitale. Ciò è possibile grazie alla cosiddetta produzione additiva (anche nota come produzione a strati o AM, dall’inglese addictive manufacturing), cioè un processo industriale che serve a creare oggetti sulla base di modelli 3D computerizzati aggiungendo uno strato sopra l’altro. La produzione additiva si oppone a quella sottrattiva, cioè quella impiegata per la costruzione tradizionale in cui si parte da un blocco di materiale da cui si rimuovono meccanicamente delle parti.

La storia della stampa in 3D

La stampa 3D nasce negli anni ‘80 grazie a Chuck Hull, che inventò la stereolitografia, ovvero una tecnica che permette di creare per addizione singoli oggetti 3D direttamente da modelli elaborati da un software, utilizzando resine fotosensibili. Fu sempre lui, negli anni ‘90, a produrre le prime stampanti in 3D.

Nel 1986, ispirati da Hull, Carl Deckard, Joe Beaman e Paul Forderhase svilupparono la Selective Laser Sintering, ovvero la sinterizzazione: un processo molto simile a quello della stereolitografia, che impiega però il nylon al posto delle resine. A differenza della resina, la polvere di nylon è un solido e non ha bisogno di appositi supporti, quindi il processo di stampa in 3D è notevolmente più agevole rispetto a quello con resine.

Nel 1989, S. Scott Crump brevettò la Fused deposition modeling, cioè la stampa 3D con materiale fuso, che permette ai filamenti plastici fusi di formare strato dopo strato. Quattro anni dopo, il MIT di Boston riuscì a stampare in 3D oggetti a colori, una tecnologia costosa ma dai risultati sorprendenti.

Nel 1995 è la volta dei metalli: i ricercatori del Fraunhofer Institute idearono la Selective Laser Melting, che consente di produrre con stampa 3D oggetti solidi in metallo con una densità fino al 98%. Dopo otto anni, si passa alla fusione a fascio di elettroni, una tecnologia complessa che permette di creare oggetti del tutto simili a quelli prodotti con il metodo industriale.

Nel 2005 la tecnologia della stampa in 3D raggiunge vette fino a poco tempo prima giudicate impossibili: si crea un prototipo di stampante in grado di riprodurre se stessa (Self Replicating Rapid Prototyper)! Da allora in poi, grazie a un brevetto del 2009, il costo delle stampanti 3D si è notevolmente ridotto e ogni persona può avvalersi della prototipazione rapida per la stampa 3D.

Caratteristiche della stampa in 3D

La stampa 3D è considerata rivoluzionaria per le sue caratteristiche uniche. Tra queste:

• Rispetto alla produzione sottrattiva, riduce notevolmente i tempi di fabbricazione degli oggetti
• È una tecnologia molto semplice da usare e permette a chiunque di creare un oggetto partendo da un modello digitale con una stampante 3D
• Consente di stampare e assemblare parti diverse in materiali diversi
• I risultati della stampa in 3D sono straordinariamente simili agli oggetti prodotti con i metodi industriali e possono raggiungere livelli di dettaglio incredibili

L’infill

L’infill è una caratteristica fondamentale della stampa in 3D. All’interno di ogni oggetto fabbricato con questa tecnologia, infatti, si trova una sorta di reticolato stampato strato per strato. Esistono diversi tipi di infill, differenziati in base alla loro forma: il più scelto è il rectilinear, formato da una serie di quadratini posti uno vicino all’altro, ma c’è anche quello a nido d’ape. Al di là della forma, l’infill è importante perché determina la robustezza di un oggetto ottenuto con stampa in 3D: più l’oggetto sarà pieno, e quindi maggiore sarà la percentuale di infill, più sarà robusto, e viceversa. Ovviamente riempire un oggetto comporta una spesa in termini di materiali e tempo, quindi l’infill va valutato in base al progetto e al budget stanziato.

Metodi di stampa 3D

Ripercorrendo la storia della stampa in 3D, abbiamo visto che ne esistono diverse tipologie. La differenza tra i vari metodi solitamente risiede nel modo in cui gli strati vengono stampati.

Alcuni metodi impiegano materiali che si sinterizzano, si fondono o si ammorbidiscono grazie a una fonte di calore, come la modellazione a deposizione fusa o il selective laser sintering; altri utilizzano materiali liquidi che vengono portati allo stato solido; altri ancora procedono per laminazione, quindi tagliando strati sottili che vengono poi assemblati uno sopra l’altro.

Non esiste un metodo migliore dell’altro: a seconda dei materiali usati, il prezzo può salire, oppure possono esserci differenze nella velocità di produzione e nei colori disponibili per la stampa in 3D. Tutti questi metodi, però, sono accomunati dal fatto che si parte sempre da un modello digitale in 3D e che impiegano programmi di stampa 3D.

Cosa si può stampare in 3D?

A questo punto ti sarai chiesto cosa si può stampare in 3D. La risposta è semplice: potenzialmente, tutto! Sulla carta, infatti, la tecnologia di stampa 3D permette di utilizzare pressoché qualsiasi materiale. Un esempio? Si potrebbero tranquillamente realizzare statue, formine e sculture… in cioccolato (e qualcuno ci ha già pensato)! Le potenzialità della stampa in 3D sono infinite; tutto dipende dal budget, dal livello della stampante e dall’abilità del progettista.

Tra i principali campi di applicazione della stampa 3D abbiamo:

• Il settore alimentare: sono state progettate stampanti 3D in grado di produrre pasta di ogni forma, pizze, zollette di zucchero e prodotti vegetali
• Lo spazio: da anni si studiano tecnologie in grado di stampare pezzi di ricambio metallici nello spazio, ma non si è ancora arrivati a risultati del tutto soddisfacenti. Nel 2014, però, la nostra Samantha Cristoforetti ha trasportato nella Stazione spaziale internazionale una stampante 3D, diventando la prima persona a stampare un oggetto nello spazio
• La medicina: questo è uno dei campi in cui si sono raggiunti risultati davvero promettenti. Combinando la stampa in 3D alle tecniche di imaging come la TAC, è possibile infatti creare protesi e pezzi di organo personalizzati al 100%. Ad oggi, sono stati impiantati crani stampati in 3D, vertebre e ossa varie, e sono state create protesi avanzate. Non solo: la stampa 3D permette di riprodurre esattamente l’organo di un paziente per poter individuare eventuali malformazioni in modo meno invasivo e studiare interventi chirurgici ad hoc.
• L’edilizia: pensa che i ricercatori sono addirittura riusciti a stampare in 3D la pietra! La stampa 3D  consente di realizzare prefabbricati e piccole case pieghevoli, ma anche case in calcestruzzo, grazie ai notevoli passi avanti della ricerca in ambito cementizio.
• L’arte e la conservazione dei beni culturali: grazie alla stampa in 3D è possibile creare riproduzioni tridimensionali di opere d’arte e cimeli, da utilizzare ad esempio in campo museale per creare esperienze interattive senza compromettere l’originale. Non solo: tanti artisti hanno iniziato a usare la stampa 3D come tecnica per esprimere la loro creatività!

Come si fa un disegno in 3D?

Come ormai sappiamo, per fabbricare un oggetto con la stampa 3D occorre prima creare un modello tridimensionale. Questi modelli si ottengono tramite il disegno 3D, che permette di generare prototipi digitali di oggetti dotati di larghezza, altezza e profondità. Grazie al disegno in tre dimensioni si può progettare un modello e vedere come interagisce in uno spazio virtuale del tutto simile a quello reale per effettuare eventuali modifiche o ottimizzazioni prima di fabbricarlo, in modo da ridurre gli sprechi di tempo e denaro. Ma come si fa un disegno 3D? Per fare un modello per la stampa 3D bisogna utilizzare appositi software. Adobe Substance 3D, ad esempio, ti permette di creare disegni 3D e modelli. Ti stai chiedendo dove trovare modelli 3D da stampare? Questo software ti dà anche accesso a una vasta raccolta di risorse predefinite.

Per saperne di più sulla creazione in 3D e sulla realtà aumentata:

• Disegno 3D
• Realtà aumentata
• Metaverso