Quali sono le tecnologie di stampa 3D?

Fonte: 3dnatives.com

La stampa 3D è un processo di produzione additiva basato sull’idea di convertire un modello digitale in un oggetto solido tridimensionale. Nel corso degli anni, diverse tecnologie di stampa 3D, anche denominate tecnologie additive, sono state sviluppate nell’industria con la caratteristica comune di creare un modello fisico strato per strato.

L’origine del concetto risale agli anni ’80, quando il dottor Kodama del Nagoya Municipal Industrial Research Institute creò una tecnica di prototipazione rapida in grado di produrre un oggetto “fetta per fetta”. Nel 1984, un team di ricercatori francesi ideò un primo brevetto che fu poi definitivamente abbandonato qualche anno dopo. Fu infine Chuck Hull, futuro fondatore del gigante 3D Systems, ad ottenere il primo brevetto commerciale nel 1986 per una tecnica allora chiamata “stereolitografia”. Nel 2016, il gigante HP ha annunciato a sorpresa il suo ingresso nel mercato della stampa 3D con una nuova tecnica proprietaria chiamata Multi Jet Fusion che combina le tecnologie additive Binder Jetting e il Material Jetting per la produzione di parti in plastica. 

Questo primo sviluppo segnò davvero l’inizio di quella che oggi è considerata la quarta rivoluzione industriale, offrendo applicazioni in settori tanto numerosi quanto diversi: medico, aeronautico, della gioielleria e tanti altri.

Sviluppo delle tecnologie di produzione additiva

La stereolitografia (SLA) è una tecnologia che utilizza come materiale di stampa 3D una resina liquida solidificata sotto la luce UV. Da questa prima scoperta, nuove tecniche di produzione additiva sono emerse nel corso degli anni. Nel 1988, il professor Carl Deckard dell’Università del Texas ha depositato un brevetto per la sinterizzazione laser selettiva (SLS) che si basa sulla fusione di una polvere di materiale plastico con un laser. Nello stesso periodo, Scott Crump, fondatore del gruppo Stratasys, stava sviluppando le prime stampanti 3D utilizzando l’estrusione di filamenti di plastica. Questa tecnica, brevettata con il nome di modellazione a deposizione fusa (FDM), è oggi una delle tecnologie di stampa 3D più popolari grazie alla sua facilità d’uso e al costo di acquisto relativamente basso.

Dagli anni 1990, la manifattura additiva ha continuato a decollare con l’arrivo di tecnologie innovative: il Binder Jetting, inventato da ZCorp, che utilizza una polvere minerale, un legante e inchiostri colorati; la tecnologia PolyJet, creata dalla società israeliana Objet, in cui la stampante 3D deposita migliaia di goccioline sottili di fotopolimeri liquidi solidificabili su un vassoio e immediatamente le polimerizza tramite raggi UV. La SLS, d’altra parte, ha dato origine alla manifattura additiva dei metalli con l’avvento di tecnologie additive come la sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS), commercializzata da attori come Phénix Systems, SLM Solutions o Concept Laser, o la fusione a fascio di elettroni (EBM) sviluppata dalla società svedese Arcam negli anni 2000.

Nonostante l’alto livello di concorrenza, molti player continuano ad entrare nel mercato, alcuni migliorando i processi esistenti e altri sviluppando processi originali. Il produttore EnvisionTec con la stampa DLP (Digital Light Processing), la società francese Prodways con MovingLight o Carbon3D con CLIP hanno ad esempio sviluppato tecnologie derivate dalla stereolitografia. Nel 2016, il gigante HP ha sorprendentemente annunciato il suo arrivo sul mercato della stampa 3D con una nuova tecnica chiamata Multi Jet Fusion che combina l’assemblaggio di polveri e il getto di materiale per la produzione additiva di parti in plastica.

Oggi, tuttavia, è il metallo che sta emergendo come materiale preferito dai i produttori di stampanti. Tra i nuovi arrivati ci sono BeAM Machines, XJet, Markforged, Fives AM, Desktop Metal e AdMetalFlex, ognuno dei quali ha le sue ragioni: costi inferiori, tempi di stampa più brevi, diversità di metalli compatibili, ecc. Nel 2020, il mercato della stampa 3D, compresa la vendita di macchine, materiali di stampa e servizi associati era stimato a 17 miliardi di dollari.

L’evoluzione dei materiali per la stampa 3D

Lo sviluppo dei materiali per la stampa 3D è stato molto rapido nel corso degli ultimi anni. Alcuni materiali sono migliorati nel tempo e altri si sono sviluppati o sono emersi con l’arrivo di nuove tecnologie di stampa 3D. Dalla plastica al metallo, a materiali sorprendenti come quelli commestibili, ogni materiale ha caratteristiche specifiche ed è spesso adattato a una particolare tecnologia.

Ogni materiale di stampa 3D è disponibile in diversi formati, dalle resine per le tecnologie DLP e SLA, ai filamenti per le tecnologie FDM o alle polveri metalliche per le tecnologie L-PBF. Nuovi formati e materiali vengono sviluppati ogni giorno per permettere lo sviluppo di modelli più resistenti e una migliore qualità di stampa.

Attualmente, il mercato dei materiali per la stampa 3D è di vasta portata e ancora in crescita. Molti attori stanno investendo e scommettono su di esso. Si prevede che, entro il 2021, il mercato dei materiali 3D raggiunga un valore di 1,4 miliardi di dollari.