Storia della stampante 3D: dalla carta alla plastica

Sempre più spesso sentiamo parlare di stampa 3D. Ma come è nata e come funziona questa innovazione, che potrebbe essere già rappresentare una rivoluzione in atto? Per stampa 3D intendiamo un processo di creazione di un oggetto solido tridimensionale di qualsiasi forma da un modello digitale. 

La stampa tridimensionale è ottenuta tramite un processo additivo, in cui sono fissati in diverse forme, strati di polimeri uno sull’altro, modellati da un software che ne definirà la forma finale che l’oggetto dovrà assumere.
Una delle novità della stampa 3D rispetto alle tecniche di lavorazione tradizionali quindi, è che non si basa sulla rimozione del materiale con metodi come il taglio o la foratura (che sono invece definiti processi sottrattivi).

Chuck Hull e la prima stampante 3D

La prima stampante 3D è stata creata nel 1983 da Chuck Hull della 3D Systems Corporation, ma è solo dall'inizio del nuovo secolo che è iniziata una significativa crescita nelle vendite di questo tipo di macchine. Lo sviluppo sempre maggiore ha fatto sì che col passare del tempo diminuisse sempre più il prezzo, tanto che adesso anche le piccole e medie imprese o uffici ne possono valutare l’acquisto e considerare questo investimento vantaggioso. 

Secondo la società di consulenza Wohlers Associates, il mercato per stampanti e servizi 3D nel 2012 valeva 2,2 miliardi di dollari in tutto il mondo, in crescita addirittura del 29% rispetto al precedente anno 2011.
È difficile stabilire quando, ma a giudicare dagli sforzi degli ultimi tempi, sappiamo che nel breve futuro queste meraviglie tecnologiche potrebbero varcare le case private. 

Il progetto RepRap, esempio più emblematico per la stampa tridimensionale in casa, è iniziato nel 2005 e da allora la ricerca continua a perfezionarsi, arrivando attualmente al terzo sviluppo. 
L’ultimo prototipo di RepRap è in grado di stampare solamente elementi in plastica. Si sta studiando come permettere alla macchina di stampare anche elementi in metallo e circuiti stampati (che consentano dunque la creazione di schede elettroniche).

I prototipi 3D del progetto RepRap hanno avuto il merito di abbattere notevolmente i costi rispetto alle sia pur più precise macchine professionali: supportate dal programma open-source, costano intorno ai 400$ e possono fabbricare oggetti intorno al costo di 0,02$ per centimetro cubo. Prezzi dunque sempre più abbordabili, che ci fanno credere che il futuro del mercato casalingo non tarderà ad arrivare.

I principali materiali per la stampa 3D

La stampa è l'invenzione che ha trasformato completamente la comunicazione nel mondo, tanto da essere indispensabile ancora ai giorni nostri. Come ogni tecnologia ed invenzione che si rispetti, col tempo ha attraversato un processo di evoluzione che ha portato alla stampa 3D.
La stampa 3D, o 3D printing, è una nuova tecnologia sbarcata da pochissimo sul mercato mondiale e che deriva da intensi studi negli ultimi anni.
Consiste brevemente, non più nello stampare su fogli di carta tramite getto d'inchiostro o laser come le comunissime stampanti 2D, ma nella creazione di veri e propri oggetti che vengono elaborati da un progetto virtuale eseguito tramite i Cad di progettazione, o software gratuiti come Blender.


Ma venendo al sodo, quali sono i principali materiali che consentono l'utilizzo della stampa 3D?
Il materiale maggiormente impiegato per tale scopo è la plastica. Più precisamente, ABS, PLA e PVA.

L'ABS o Acrilonitrile-Butadiene-Stirene, è la plastica più economica che troviamo sul mercato. E' un materiale termoplastico che consente la stampa in due modi diversi: per iniezione o per estrusione. Viene utilizzata dai 215°C (per l'iniezione) ai 250°C (per l'estrusione) ed è la più indicata per la realizzazione delle piccole parti di un prodotto, o di quelle che necessitano un'alta resistenza ad usura e urti. Proprio grazie a queste caratteristiche è il materiale utilizzato per la produzione dei blocchi dei Lego, o per la creazione di tubi. Viene impiegato largamente per tutti gli oggetti piccoli e leggeri di uso quotidiano.

Acrilonitrile-Butadiene-Stirene

L'acido polilattico (PLA) è meno economico e meno resistente rispetto all'ABS, ma è completamente biodegradabile. E' un polimero del nostro acido lattico (in quanto prodotto anche dall'organismo umano durante le attività sportive anaerobiche) che viene ricavato a livello industriale dall'amido di mais e che, rispetto all'ABS, fonde a temperature inferiori (180-220°C).
Tra i vantaggi che presenta nei confronti dell'ABS c'è sicuramente la possibilità di utilizzare una scala di colori più vasta, ma non solo. Il PLA, infatti, è anche più elastico, condizione che permette la realizzazione di oggetti flessibili come molle o simili.
Anche se non vanta la resistenza dell'ABS, il PLA è comunque preferibile al PTFE (Politetrafluoroetilene), materia plastica liscia al tatto scarsamente impiegata per la realizzazione di stampe 3D. 

Processo di produzione dell' Acido Polilattico

Infine il PVA (Alcool Polivinilico) è una speciale plastica, simile alla vetro-resina (quindi molto fibrosa) che si ottiene per idrolisi e che viene utilizzata a 190°C. La sua principale peculiarità è quella di essere solubile in acqua. Purtroppo per questa sua "spugnosità" è particolarmente difficile da utilizzare in ambienti umidi ed è impiegato solo per progetti molto complessi.

Alcool Polivinilico allo stato fibroso

Stampanti 3D: cosa sono e a cosa servono

La nostra epoca si distingue dalle precedente per molti fattori, ma è di particolare rilievo la rapida evoluzione tecnologica che negli ultimi vent'anni ha contribuito a rendere la nostra vita, sotto certi aspetti, più semplice e completa. Il campo informatico è stato sempre un terreno fertile per la sperimentazione tecnologica, la ricerca e di conseguenza l'ottimizzazione di software e hardware.

Proprio in questo scenario la stampante, che da sempre è stata uno strumento indispensabile e insostituibile nella vita lavorativa (e non) di ogni persona, si evolve raggiungendo la stampa 3D (o tridimensionale). Si tratta di un nuovo metodo che consente la riproduzione tridimensionale di modelli precedentemente disegnati con appositi software di modellazione. 



Uno dei software più conosciuti è il famoso Blender. Oltre ad essere il miglior programma Open Source per la modellazione, è in grado di leggere e lavorare in tanti e diversi formati come obj o stl ed è compatibile con i classici sistemi operativi Windows, Mac Os X o Linux.

La stampante 3D Sharebot NG

I materiali usati

La riproduzione 3D consente quindi l'assemblaggio di materiali, con differenti composizioni chimico-fisiche, dando alla luce oggetti che serviranno come modellini o prototipi. Questo processo di costruzione prende il nome di "produzione additiva" ovvero costruire il modello 3D, precedentemente programmato, attraverso la sovrapposizione di strati di materiali.

Uno dei materiali più utilizzati è l'Acrinolitrile Butadiene Stirene (o ABS) una materiale termoplastico resistente che viene lavorato solitamente a temperature elevate ed è molto resistente agli urti. Un altro materiale è il PLA: una bioplastica naturalmente biodegradabile ricavata dall'amido di mais, che richiede una temperatura di lavorazione decisamente più bassa rispetto all'ABS sopracitata.

I metodi di stampa

Ovviamente esistono diverse tipologie di stampa, e una di quelle più conosciute è la stampa a getto d'inchiostro, il cui funzionamento non va assolutamente inteso come nel caso delle stampanti bidimensionali.
La stampante crea uno strato alla volta, costituito solitamente da gesso o resina, sparge un legante nella sezione trasversale della parte. Procedendo in questo modo verrà completata la stampa di ogni strato, fino ad ottenere l'oggetto finito.

Questa, oltre ad essere considerata la metodologia più veloce, è l'unica che consente di stampare modelli interamente a colori. A differenza della Stereolitografia che prevede l'uso di sostanze chimiche e tossiche, come ad esempio la plastica precedentemente menzionata, la stampa a getto d'inchiostro è ecologicamente più sicura e tecnicamente più veloce, facile e conveniente.

Quali utilizzi se ne possono fare

Passando all'aspetto pratico, le stampanti 3D possono rappresentare la nuova frontiera del "fai da te". Infatti la (seppur) lenta diffusione sta permettendo l'applicazione non solo in ambito industriale ma anche "casalingo". Il possessore di una queste macchine potrà addirittura creare oggetti di uso domestico, personalizzandoli grazie a software di modellazione 3D necessari per il funzionamento. 

Sarà possibile anche scaricare da internet il modello desiderato, dando alla luce oggetti di tutti i tipi: dai giocattoli per bambini a utensili da cucina, dalle custodie per cellulari e tablet a simpatici soprammobili. Ogni utente avrà la possibilità di progettare il proprio oggetto e realizzarlo in casa in completa comodità e autonomia.

I campi di applicazione sono davvero tanti; con il passare del tempo stanno trovando spazio non solo in ambito "industriale" ma anche in quello artistico e della didattica in genere. Infatti la stampa 3D ha permesso all'arte contemporanea di sfruttare questa tecnologica per alimentare l'estro creativo. Uno strumento che viene interpretato come un nuovo modo di fare arte in un'epoca tecnologica. 

Per quanto riguarda la didattica, una delle materie che da sempre ha prediletto l'uso di queste stampanti è l'Architettura. Viene naturale da pensare che senza tali strumenti evoluti creare plastici o modelli di edifici, oltre a risultare più macchinoso come procedimento, richiederebbe più tempo. Ecco che le stampanti 3D hanno dato la possibilità di studiare e realizzare in brevissimo tempo, progetti architettonici che successivamente hanno visto una reale costruzione. 

Un altro interessantissimo campo di applicazione è la medicina. E' stato possibile creare perfetti oggetti da utilizzare come protesi, apparecchi odontoiatrici e molto altro ancora. Questi strumenti hanno permesso e permetteranno, dato che la ricerca non si arresta, di rivoluzionare il campo medico chirurgico. 

I modelli in commercio

Anche in Italia sono state costruite stampanti 3D: alcuni degli esempi sono la Sharebot, la Galileo della Kentstrapper o la PowerWasp. Fine ultimo di questi oggetti è proprio quello di divulgare, anche nel nostro Paese, un nuovo e rivoluzionario prodotto che se acquistato consentirà a tutti di dare libero sfogo alla propria creatività.