Stampanti
3D e prototipazione rapida
La
tecnologia sta facendo veramente passi da gigante, di questo ce
ne siamo accorti tutti ma quanti di voi sanno che esistono realmente
in commercio stampanti ed addirittura fax 3D ? Ovviamente il Fax
è costituito da uno scanner 3D , un circuito di trasmissione
all' altro interlocutore dove poi i dati vengono di nuovo trasformati
in un oggetto solido con l'ausilio di una stampante 3D. Di scanner
3D ce ne occuperemo un'altra volta mentre in questo articolo vi
vogliamo introdurre al giovane ma promettente mondo delle stampanti
3D.
Attualmente questi costosi ed ingombranti dispositivi
(ne vedete un esemplare qui sulla sinistra ma ne esistono versioni
anche "desktop" grandi meno di una fotocopiatrice) vengono
usati dalle grandi aziende per il così detto Rapid Prototyping
(ossia la creazione rapida di prototipi di oggetti, pezzi meccanici,
gadget etc...) ma che in un futuro potranno essere usate da tutti
magari per ricevere direttamente sulla propria stampante 3D il
giocattolo per il figlio appena comprato su Internet oppure il
nuovo modello di Barbi per la figlia o ancora il modellino della
Ferrari o qualunque cosa ci venga in mente.
Come funzionano
I dispositivi più promettenti sono tutti basati su
tecniche di stratificazione (Layered Manufacturing Techniques
(LMT)). In pratica un apposito software analizza il modello
3D da stampare e lo suddivide in strati (layers). La stampante
si occuperà di creare in qualche modo questi strati e di
creare l'oggetto "aggregando" strato su strato. Ovviamente
sul costo finale e sulle prestazioni della macchina incide molto
il materiale con cui vogliamo realizzare l'oggetto. I materiali
più comuni sono ABS, resine fotosensibili e materiali plastici
vari ma ci sono stampanti 3D che producono anche oggetti di metallo
(addirittura alcune di titanio!). I metodi più interessanti
sono i seguenti:
- Stereo litografia
- Sinterizzazione Laser Selettiva
- Laminazione
Stereo
litografia
Questo
metodo usa una resina fotosensibile in forma liquida che viene
resa solida da un raggio laser. La macchina procede in questo
modo: il contenitore centrale viene caricato con la resina liquida
il cui livello è controllato da un laser HeNe (Elio-Neon)
e il piano di lavoro mobile viene portato a "pelo d'acqua".
Il laser HeCd, pilotato con un apposito dispositivo di scansione,
disegna sul pelo del liquido la siluette del primo strato. La
resina solidifica solo dove viene colpita dal laser il quale,
dopo aver tracciato il bordo, continua il suo lavoro facendo solidificare
anche la parte interna dello strato.
Finito di lavorare il primo strato, il piano di lavoro
si sposta verso il basso di modo da immergere lo strato solidificato
e procedere alla solidificazione del secondo strato appena sopra
il primo. Il procedimento continua fino a quando non si è
costruito l'intero oggetto. Alla fine una lampada interna ai raggi
UV solidifica perfettamente l'oggetto. Il processo è semplice
ma richiede tempo: tipicamente per oggetti di 20x20x20 cm circa
sono richieste delle ore, ma i sistemi più recenti impiegano
sempre meno.
L'accuratezza è in generale molto elevata (frazioni
di millimetro) ed è per questo che i tempi sono abbastanza
lunghi. Vediamo alcuni oggetti "stampati" con questo
sistema:
Sinterizzazione
Laser Selettiva
Questo
metodo è del tutto analogo al precedente però utilizza
particolari polveri finissime che possono essere di tipo plastico,
ceramico e anche metallico. Un potente laser ad impulsi fonde
uno strato di polvere che poi solidifica sullo strato sepolto
per formare un nuovo strato superiore. Il processo di sinterizzazione
include quindi due passaggi di stato: solido -> liquido ->
solido. Un apposito dosatore ricopre di polvere l'oggetto e la
spiana all'inizio della lavorazione di ogni strato successivo.
Con questa tecnologia si può fare praticamente di tutto.
Un esempio? qui abbiamo addirittura un differenziale di una macchina.
Questo metodo è il più potente e il più adatto
a sistemi industriali ed è quindi anche più costoso.
Laminazione
Questo
metodo è il meno costoso ed è anche abbastanza veloce.
Si utilizza un rotolo molto lungo di materiale cartaceo o plastico.
Un laser taglia la forma dello strato e nel processo la fonde
con lo strato sottostante. Potendo usare lamine di spessore diverso
è possibile ottenere oggetti con minore precisione ma stampabili
a maggiore velocità. Uno svantaggio è quello di
consumare molti metri di materiale anche per oggetti molto piccoli.
CONCLUSIONI
Con queste nuove tecniche la prototipazione rapida sta
facendo passi da gigante e sta diventando sempre più alla
portata di aziende medio-piccole. Se solo poco tempo fa era necessario
sborsare 200-300.000$ per un macchinario di questo tipo adesso
si trovano soluzioni a 30-50.000$. Se si pensa che non molti anni
fa le prime stampanti laser a colori costavano la stessa cifra,
questo ci fa ben sperare per il futuro, soprattutto per impieghi
anche in ambiti consumer.
Alla prossima
puntata,
Stay on charge, Lithium.it !
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