3DPrinting Intro

Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 1

3D PRINTING!«Ma come ti stampo?»

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3D PRINTING!•La stampa 3D rappresenta la naturale evoluzione della stampa 2D e permette di avere una riproduzione reale di un modello 3D realizzato con un software di modellazione 3D.•Un oggetto fisicamente reale, nelle proprie mani•«Dal bit alla materia!»

Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab


L’inizio della stampa 3d• A partire dalla metà degli anni 80 Stratasys e Zcorporation iniziano a

sviluppare macchinari per la prototipazione rapida• Un insieme di tecniche industriali volte a realizzare il cosiddetto

prototipo. • Produzione di un oggetto reale a partire da un modello CAD

tridimensionale• Indipendentemente da come lo si realizza, per prototipo si intende "il

primo elemento della serie". • Può svolgere funzioni differenti nell'azienda: può servire per valutare

costi, tempi di ciclo, risposta del mercato e così via.


Le tecnologie• Le macchine disponibili oggi sul mercato utilizzano

metodologie e tecniche di stampa differenti

• In base alle esigenze di:

Velocità di stampa Livello di risoluzione Materiale utilizzato


«Manifattura additiva»Aggiungere strati di materiale «uno sopra l’altro» (layer by layer) fino ad ottenere la forma desiderata

Non taglia Non fresa Non tornisce Materiale di scarto pari a 0!


Principali tecniche

•SLA – StereoLitographic Apparatus•DLP – Digital Light Processing•SLS – Selective Laser Sintering•«3d Printing» •FDM – Fused Deposition Modeling (o FFF – Fast Filament Fusion)


SLA – StereoLitographic Apparatus• Prima tecnica adottata per la prototipazione rapida• Realizzata da Charles W. Hull• Fotopolimerizzazione• Vasca contenente una speciale resina liquida che se esposta alla luce

polimerizza (si solidifica)• Un «bed» si alza/abbassa• Un raggio UV con un sistema a specchi


SLA – StereoLitographic Apparatus1. Il raggio laser traccia un fascio di luce UV modulato in

modo da ricostruire un’immagine raster della prima sezione dell’oggetto

2. La resina si solidifica3. Il bed si abbassa leggermente in modo che la resina crei

una nuova superficie liquida4. Successiva scansione laser che va avanti strato dopo strato

fino a quando il modello non è completo5. Al termine l’oggetto viene estratto dalla resina e posto

(alcune volte) in un forno a raggi UV per completare la polimerizzazione

6. Oggetto verniciabile


SLA – StereoLitographic ApparatusVantaggi:• Alta risoluzione• Utilizzo di resine diverse con caratteristiche fisiche diverse (resistenza, flessibilità ecc.)• Tempi di lavorazione «rapidi» (entro la giornata)

Svantaggi:• Sistema di controllo costoso• Manutenzione complessa• Costo della resina elevato• Monocromia • Trattamento termico nel forno


DLP – Digital Light Processing• Tecnologia sviluppata dalla Texas Instruments• Polimerizzazione di resine a contatto con luce e calore• No laser• Videoproiettore!• Sfrutta un semiconduttore ottico per manipolare la luce digitale• Un microchip ricoperto di milioni di specchi che si muovono

indipendentemente l’uno dall’altro e che sono in grado di rappresentare al meglio ciascun pixel dell’immagine• Luce inattica (camera oscura)


DLP – Digital Light Processing• Principio di riflessione della luce

• Qualità superiore alla tecnologie LCD ed un alto rapporto di contrasto

• Generalmente nel DLP (o cDLP, DLP a luce continua) l’oggetto è attaccato ad una piattaforma che si allontana dalla vasca di resina

• Il fascio di luce del proiettore proviene da sotto la base

• Condivide pregi e difetti del SLA, ad eccezione della velocità di stampa: la polimerizzazione su ogni singolo strato avvien contemporaneamente su tutto il perimetro (non bisogna attendere l’intero percorso del raggio)


DLP – Digital Light Processing• Le tempistiche di stampa dipendono esclusivamente

dall’altezza del modello (sviluppo sull’asse z) non dalla grandezza della sua base

• Costo minore data l’assenza del raggio UV e del suo controllo• Manutenzione minore• Piccolo limite:

• Durante la progettazione in alcuni casi bisogna tener conto della presenza di «buchi di scarico» della resina non polimerizzata

• Può compromettere il design finale dell’oggetto• Non sempre si può influire sulla robustezza e sul peso

dell’oggetto• Spesso si deve ricorrere all’uso di materiale di supporto• Adatta solitamente per oggetti di piccolo volume


SLS – Selective Laser Sintering

• Simile alla stereolitografia•Al posto del raggio UV c’è un laser•Al posto della vasca di materiale liquido c’è una base

in polvere• Il laser sinterizza il materiale •Compatta e trasforma il materiali in polvere in un

composto indivisibile•Costruisce così un oggetto solido



•Utilizzo di polveri termoplastiche, metalliche o silicee•Viene steso primo strato di polvere con un sistema

apposito• Il laser provvede alla sinterizzazione ove necessario• La parte appena sinterizzata si abbassa•Viene steso un altro strato di polvere• Il processo continua fino alla costruzione del modello





• Diverse tipologia di polveri• Alta precisione e definizione• Non c’è bisogno di alcun supporto alla stampa,

poiché la polvere non sinterizzata sostiene il modello in fase di stampa

• Finita la stampa il pezzo viene pulito dalla polvere

• Nel caso di polveri metalliche e ceramiche il pezzo può subire un ulteriore trattamento per migliorare le sue caratteristiche (resistenza, lucentezza ecc.)



Tuttavia sono presenti anche in questo caso degli svantaggi:• Elevato ingombro del macchinario• Complessità dei meccanismi per il controllo della stesura della polvere• Difficile reperibilità dei materiali (costo non contenuto)• Monocromia


3D PRINTING• Nome ambiguo tuttavia simile alla tecnica SLS• Tecnica particolare• Utilizzo delle polveri• Senza la sinterizzazione• Utilizzo di un collante spruzzato da un’apposita testina• Alla fine del processo di stampa l’oggetto viene trattato termicamente

per consolidare la polvere • Per certi versi molto simile alla stampante a getto d’inchiostro


3D PRINTING• Stessi svantaggi della SLS

Qualche piccolo vantaggio:•Nessun bisogno di supporti• Elevata definizione•Costi inferiori data l’assenza del laser e dei suoi

controlli•Policromia: al collante può essere addizionato

colore


3D PRINTING


FDM – Fused Deposition Modeling• Tecnologia sviluppata da Stratasys che si adopera nella prototipazione

rapida tradizionale: usa un ugello per depositare un polimero fuso su una struttura di supporto strato dopo strato (layer by layer);• Anche conosciuta come FFF – Fast Filament Fusion• Fusione di un materiale inizialmente o in genere plastico (o a base

plastica)• Disposizione del materiale fuso attraverso un estrusore comandato da

appositi controlli sul piatto di stampa


FDM – Fused Deposition Modeling

• L’ugello viene spostato lungo gli assi X,Y,Z da un meccanismo a controllo numerico•Gestione attraverso un

software CAM (Computer Aided Manufacturing)• Sistema più utilizzato


FDM – Fused Deposition ModelingNello specifico:

• Bobina di consumabile

• Il filamento viene guidato fino all’estrusore

• L’estrusore utilizza il momento torcente e una «morsa» per spingere e ritirare una precisa quantità di filo

• Un blocco riscaldante scioglie il filamento ad una temperatura utilizzabile (a seconda del materiale)

• Il filamento scaldato viene spinto fuori da un ugello ad un diametro inferiore

• Il materiale estruso viene appoggiato sul modello dove necessario

• La testa e/o il piatto si muovono su coordinate X/Y/Z per posizionare il materiale in modo corretto


FDM – Fused Deposition ModelingSvariati pregi:• Costi molto contenuti per la costruzione e la manutenzione del

macchinario• Utilizzo della stessa struttura e movimentazione delle più comuni

macchine CNC• Economicità e facile reperibilità del materiale termoplastico (in genere

acrilonitrile butadiene stirene ABS o acido polilattico PLA)• Sistemi di controllo semplici e già presenti sul altri macchinari• Velocità di stampa elevata• Spazio contenuto


FDM – Fused Deposition ModelingAlcuni limiti:•Definizione dell’oggetto determinata dalla grandezza

del foto d’uscita dell’ugello e dal sistema meccanico•Per raggiungere una definizione accurata bisogna

allungare di molto i tempi di stampa (la superficie del pezzo può presentare un aspetto a gradini)•Monocromia (al massimo bicromia o tricromia

sperimentale)


FDM – Fused Deposition Modeling


Altre tecniche• LOM – Laminated Object Manufacturing

• impiega fogli di carta speciale tagliata secondo la slice voluta e incollata alla precedente• Dimensioni relativamente elevate per il volume di lavoro• Supporto costituito dalla carta in eccesso• Post-trattamento molto delicato (lavorazione con strumenti tipici della lavorazione del legno• Finitura con carta abrasiva • Impermeabilizzazione


Altre tecniche• SLM – Selective Laser Melting : Simile alla SLS ma se ne differenzia per l’impiego di polveri metalliche integrali, senza l’uso di bassi fondenti• Laser più potente• Oggetto del tutto simile alla produzione di serie• Non richiede particolari trattamenti finali• Può essere sottoposto tranquillamente a lavori tradizionali


Altre tecniche• EBM – Electron Beam MeltingTecnica di fusione da fascio elettronico• Simile alla SLM• Richiede il «vuoto» nella camera di

lavoro per prevenire l’ossidazione dei materiali• Può fondere materiali molto più

resistenti come il titanio• Applicazioni di protesi biomediche e

nella chirurgia ortopedica


•Molte altre ancora (Bio 3d Printing, Drug Printing, Food Printing, Ice Printing, Solar Sinter Printing … )•Tante tecnologie•Forse troppe! •Differenti applicazioni•Differenti costi

Le tecnologie


Futuri Sviluppi• Imprevedibili? Oppure già noti?• La stampanti 3d crescono, si diramano, si sviluppano, si autoriproducono, si

migliorano e si evolvono ogni giorno di più• I campi si miscelano• Penetra in ogni settore possibile

• Medicina• Metallurgia• Chimica• Meccanica• Architettura• Edilizia• Design• Arte


Futuri Sviluppi• Si abbattono i costi• Migliorano i prodotti• Migliora la vita• Una stampante 3D in ogni casa? Forse!

Date post:	14-Jun-2015
Category:	Technology
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