La stampa 3D e l’additive manufacturing possono essere annoverati tra le tecnologie più disruptive della nostra epoca, nonché quali protagonisti della quarta rivoluzione industriale. Le stampanti 3D, o tridimensionali, hanno superato il loro uso iniziale quale strumento per la produzione di prototipi per arrivare a sfornare componenti e utensili di vario tipo. Il mercato globale della stampa e dei servizi 3D, riporta Statista, dovrebbe crescere fino a sfiorare i 50 miliardi di dollari entro il 2025. La più recente, futuristica frontiera è quella del 3D bioprinting, usato per creare cellule umane o tessuti da usare nella medicina rigenerativa, e per produrre farmaci personalizzati. Ma cerchiamo innanzitutto di capire di che cosa si tratta e come funzionano le stampanti 3D.
Cos’è la stampa 3D
La stampa 3D è una tecnologia avveniristica, brevettata nel 1986 dal fisico statunitense Chuck All, che permette di realizzare oggetti tridimensionali a partire da modelli digitali progettati con software appositi come Blender o AutoCAD. È anche possibile scannerizzare l’oggetto che si intende ricreare, per ottenere così immediatamente il modello virtuale.
Una volta definito il progetto, questo viene importato in programmi che permettono di selezionare le impostazioni esatte per la stampa come spessore degli strati, materiali, dimensioni e velocità. Il prodotto finito sarà eterogeneo, solido e completamente funzionante.
Come funziona una stampante 3D
La tecnica è quella della produzione additiva, che consiste nell’unire e sovrapporre strati e componenti fino ad arrivare all’oggetto finale. In base a come gli strati vengono stampati si possono distinguere diverse tecnologie di stampa 3D. Ecco le più comuni.
Modellazione a deposizione fusa
La modellazione a deposizione fusa (FDM) si basa su un ugello che deposita, strato dopo strato, un polimero fuso fino ad arrivare alla composizione del pezzo finale. I polimeri più utilizzati sono l’acido polilattico o l’acrilonitrile butadiene stirene, che permette di creare oggetti più resistenti e flessibili.
Sinterizzazione laser
Questa tecnica utilizza un laser per sinterizzare materiale plastico in polvere, e trasformarlo quindi in una struttura solida. Il processo prevede che uno strato sottilissimo di polvere venga disteso sulla piattaforma di lavoro, in modo che il laser possa solidificare la polvere, strato dopo strato, fino ad arrivare al risultato finale.
Color Jet Printing
Questa tecnologia di produzione additiva è in grado di creare oggetti tridimensionali a partire dalla polvere di gesso o plastica, che viene indurita e modellata andando a formare la struttura di base su cui verranno poi apposti degli strati colorati.
Digital Light Processing
Il Digital Light Processing sfrutta la luce inattinica, cioè quella che si utilizza nelle camere oscure per la stampa tradizionale. In questo caso, il polimero si indurisce venendo esposto alla luce con un proiettore apposito.
Quali materiali si utilizzano per la stampa 3D
Plastica
Il materiale più comune nell’ambito del 3D printing è la plastica, generalmente utilizzata sotto forma di filamenti in Nylon o poliammide: materiali resistenti, flessibili e durevoli, disponibili in tutti i colori.
Le plastiche più comuni sono l’ABS, un materiale robusto, rigido ma anche molto leggero, o il PLA, che invece è biodegradabile. Il polipropilene, poi, è estremamente resistente e può essere utilizzato per creare oggetti virtualmente indistruttibili.
Metalli
Tra i metalli si possono utilizzare l’alluminio, il cobalto e varie polveri come quella di acciaio inossidabile e titanio.
Negli ultimi anni è stato sperimentato l’utilizzo di oro, argento e bronzo, una novità interessante per il settore della gioielleria che apre alla possibilità di produrre in serie bijoux personalizzati.
Bio-materiali
Fondamentale per le applicazioni in campo medico è la possibilità di stampare tessuti umani a partire da strati di cellule. L’obiettivo, ancora in fase di studio, è arrivare a creare interi organi utili per i trapianti.
Il “bioprinting” si è rivelato utile anche nelle attività di studio e ricerca: è possibile, per esempio, testare gli effetti di farmaci o trattamenti su tessuti stampati in 3D.
Prodotti alimentari
Con la stampa 3D è possibile anche produrre alimenti al 100% edibili. Il più comune è il cioccolato, ma sta crescendo l’interesse verso la pasta e la carne.
Modelli di stampante 3D: i migliori e i prezzi 2021
I costi delle stampanti 3D si sono notevolmente ridotti con lo scadere dei brevetti per le tecnologie della modellazione a deposizione fusa (FDM) nel 2009 e della sinterizzazione laser selettiva (SLS) nel 2014.
Il prezzo varia in base a fattori come la tecnologia utilizzata, il volume e la definizione di stampa o assemblaggio. Generalmente, per le stampanti “consumer”, quindi non professionali, i costi vanno da un minimo di 300 euro per il kit base fino a circa 7.000 euro. Per quelle professionali, invece, il prezzo può lievitare fino a decine di migliaia di euro.
Tra le più economiche troviamo, a 179 euro, la Geeetech Prusa I3 Pro B — che è in grado di lavorare filamenti in PLA e ABS – o la FlashForge Finder, che a 245 euro offre anche un touch screen dove è possibile visualizzare l’anteprima di stampa. Salendo di prezzo, alcuni esempi sono la Robo R1 (703 euro), Ultimaker 2+ (728 euro), la Zortrax M200 v4 (1.549 euro).
Tutti italiani, poi, i marchi FabTotum di Marco Rizzuto e Giovanni Grieco, e DWS di Maurizio Costabeber.
Ecco una lista delle migliori stampanti 3D del 2021:
- LABISTS X1 stampante 3D portatile
- Geeetech Prusa I3 Pro B stampante 3D
- Comgrow Creality Ender 3 Stampante 3D
- FlashForge Finder Stampante 3D
- ELEGOO Stampante 3D Mars Pro MSLA 3D
- Eryone Stampante 3D Thinker SE Super Quiet
- GIANTARM Geeetech A20M Stampante 3D
- FlashForge 10745 Stampante 3D
Cosa si può fare con la stampa 3d: esempi e applicazioni
La stampa 3D è estremamente versatile e si presta a numerosi utilizzi in vari settori.
Da Boeing a General Motors
In campo automobilistico, il colosso General Motors utilizza la stampa 3D per produrre vari componenti per macchinari e vetture in modo più economico ed efficiente. Un esempio sono i freni per i sedili: la produzione standard richiederebbe otto parti da assemblare e diversi fornitori, mentre il pezzo stampato in 3D è immediatamente disponibile, più leggero e pronto all’uso.
La flessibilità della stampa 3D ha convinto anche l’industria dell’aviazione. Boeing, per esempio, ha detto che in questo modo riesce a ridurre “peso, costi e tempi”. Il 27 gennaio scorso è decollato per la prima volta il nuovo aereo 777x, considerato “il più efficiente aereo bimotore al mondo”, che ha varie componenti stampate con tecnologia additiva tra cui i sensori di temperatura, miscelatori per il carburante e separatori.
Cioccolato e pasta: il cibo si crea con la stampante
Le potenzialità della stampa 3D non si fermano al mondo della produzione industriale. È possibile, infatti, creare anche prodotti al 100% edibili, in modo sostenibile e con un impatto ambientale ridotto.
Hershey, la più grande compagnia statunitense nella produzione del cioccolato, sfrutta la stampa 3D per i suoi dolci già dal 2014. Oggi, questa viene utilizzata per creare sculture di cioccolato, offrendo ai clienti la possibilità di personalizzare le proprie barrette con fotografie e messaggi.
In Italia, nel 2017 il venture capital di Barilla ha fondato Blu Rhapsody, un laboratorio con sede a Parma che crea pasta in 3D in formati innovativi e personalizzabili.
La moda diventa 4.0 con la Stampa 3D
Interessanti prospettive anche per l’utilizzo della stampa 3D nel settore tessile. Annie Warburton, direttrice dell’istituzione britannica Crafts Council, ha infatti raccontato a Economy Up come il 3D printing possa essere utilizzato, ad esempio, nella creazione di capi d’abbigliamento completamente personalizzati.
Un esempio di questa applicazione è il sito Kniterate, dove gli utenti possono scegliere il tipo di prodotto, il design e i colori della maglia da realizzare e far partire il processo della stampante 3D.
Da anni, poi, importanti brand sportivi sfruttano le possibilità offerte dalla manifattura additiva. Adidas, per esempio, utilizza già da tempo questa tecnologia per stampare le suole delle sue sneakers, e ha anche creato interi modelli come la Futurecraft o la Y-3. Sulla stessa linea anche Nike, con la sua Flyprint.
L’utilizzo in campo medico
La stampa 3D è particolarmente utile in settori che richiedono grande precisione e operazioni con strumenti di dimensioni estremamente ridotte.
In medicina, il 3D printing ha dato vita a numerosi progetti rivoluzionari: dalle vertebre che salvano dal tumore (il primo caso a Bologna, nel 2016), alle applicazioni nel campo delle protesi fino al “bioprinting”, la creazione di tessuti umani a partire da strati di cellule.
La stampa 3D si è rivelata utile anche nella creazione di copie esatte degli organi dei pazienti da operare, permettendo così ai chirurghi di conoscerne l’esatta conformazione, fare pratica e prevenire errori potenzialmente fatali. Fondamentale, poi, la possibilità di stampare utensili sterili e adatti anche ad operazioni in aree piccole o delicate, il tutto riducendo in modo significativo i costi.
A Brescia le valvole salvavita contro il coronavirus
Il 3D printing si è rivelato vincente nella lotta contro la pandemia di coronavirus. Grazie a valvole stampate in 3D, la startup bresciana Isinnova è riuscita a convertire delle maschere da sub Decathlon in respiratori di emergenza, rispondendo così al grido di allarme lanciato dall’ospedale di Chiari (BS) che aveva denunciato la mancanza di componenti per le macchine di rianimazione. Il file per la realizzazione del raccordo in stampa 3D è stato messo a libera disposizione di tutti gli interessati, come si legge nel comunicato stampa diffuso da Isinnova.
Una piattaforma in 3D per la guida autonoma
Il gruppo italiano Icona Design ha realizzato in Cina una piattaforma per la guida autonoma con partner specializzati in stampa 3D e in Intelligenza Artificiale. Si tratta di un telaio in alluminio stampato in 3D dotato di tutti gli strumenti necessari alla connettività e all’interazione con le persone, gli spazi, gli altri veicoli. È concepito per trovare applicazione in contesti differenti: sullo stesso telaio si può installare una golf cart o un distributore automatico mobile in grado di somministrare in movimento bevande, snacks e piatti pronti; può sostenere un minibus per spostare persone su grandi superfici oppure merci all’interno di un centro commerciale. E ancora, può diventare un veicolo destinato al trasporto di persone che integra la mobilità classica con un principio di guida autonoma.
Stampa 3d: i FabLab
I laboratori in cui si crea, si inventa e si produce con le stampanti 3D sono detti “FabLab”, dall’inglese “Fabrication Laboratory”. Sono laboratori di fabbricazione digitale su piccola scala capaci di produrre potenzialmente qualsiasi cosa, generalmente oggetti che fuoriescono dalla produzione di massa. Spazi, insomma, aperti all’innovazione, all’apprendimento, all’invenzione, alla prototipazione. QUI una mappa dei FabLab sul territorio nazionale.
Il primo è nato al prestigioso Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Boston, nel 2001. Da quel momento, migliaia di FabLabs sono sorti in tutti i contenti. In Italia ce ne sono a centinaia, diffusi su tutto il territorio nazionale. Il primo è stato quello di Torino, nato nel 2012.
Molti FabLab sono direttamente collegati agli Atenei universitari attivi nel campo dell’innovazione: alla Luiss di Milano, per esempio, ma anche Roma, Sassari, Venezia o Siena.
Uno tra i più grandi d’Europa si trova a Rovereto, in Trentino-Alto Adige: è il Wittlab, una “officina del futuro” di oltre 300 metri quadrati aperta nel 2015 e oggi accessibile a cittadini, lavoratori e imprese.
A Roma, i FabLabs si riuniscono nel FabLab Roma Network, un “sistema integrato di laboratori di fabbricazione digitale” che raggruppa i centri sparsi per il Lazio. Gli spazi sono “a disposizione di tutti i cittadini, per diffondere la cultura maker” sul territorio.
L’obiettivo, a livello internazionale, è proprio quello di creare una rete globale di FabLabs: per questo tutti i laboratori che mirano ad essere riconosciuti devono integrarsi nel network, senza isolarsi, e sottoscrivere la Fab Charter.
(Articolo aggiornato al 19/05/2021)
