La stampa 3D è una delle tecnologie più rivoluzionarie degli anni 21st secolo, e sta trasformando costantemente il modo in cui le cose vengono create, progettate e costruite. Non c’è quindi alcuna sorpresa che il settore della stampa 3D sia uno dei settori più importanti da tenere d’occhio per i rivenditori manifatturieri.
Tuttavia, molti acquirenti potrebbero avere difficoltà a rimanere aggiornati sulle varie innovazioni nella tecnologia di stampa 3D. Questo articolo discuterà sette delle tecnologie chiave da conoscere e fornirà suggerimenti fondamentali per scegliere il giusto processo di stampa.
Sommario
Cos'è la stampa 3D?
Panoramica del settore della stampa 3D
7 tipi di tecnologie di stampa 3D
Come selezionare il giusto processo di stampa 3D
Conclusione
Cos'è la stampa 3D?
La stampa 3D fa parte di un processo noto come produzione additiva, in cui un oggetto viene creato aggiungendo un materiale strato dopo strato. Sebbene questo processo venga utilizzato nella produzione di grandi dimensioni per creare parti di automobili o componenti di motori a reazione, può essere utilizzato anche a casa o per uso aziendale utilizzando prodotti su piccola scala. stampanti 3D.
Il primo passo nella stampa 3D prevede la creazione di un progetto dell'oggetto da stampare. Una volta che un utente ha un progetto 3D, lo invia a una stampante che riceve i dati, tira il materiale attraverso un tubo, lo scioglie e lo deposita su una piastra dove si raffredda istantaneamente. L'oggetto 3D viene creato tramite stratificazione, poiché la stampante aggiungerà uno strato di materiale alla volta fino a quando non emergerà una struttura completamente formata.
Panoramica del settore della stampa 3D
Il mercato della stampa 3D ha registrato una crescita costante. Nel 2023, il mercato globale ha raggiunto una valutazione di 20.67 miliardi di dollari – una cifra che dovrebbe salire a 91.8 miliardi di dollari entro il 2032. Gli analisti di mercato prevedono che questa crescita avverrà a un tasso di crescita annuale composto (CAGR) del 18.92%.
L’avvento della tecnologia digitale sta influenzando l’ascesa del settore della stampa 3D, ideale per la produzione moderna. Molti paesi hanno già adottato la stampa 3D, con gli Stati Uniti che emergono come i primi spender per quanto riguarda l’acquisto di stampanti 3D nel 2023, rappresentando oltre il 34% della quota di mercato. Poiché la domanda di tecnologia di stampa 3D continua a crescere, le aziende che si riforniscono dei giusti strumenti di stampa 3D sono pronte a trarre vantaggio dal vasto mercato.
7 tipi di tecnologie di stampa 3D
Esistono diversi tipi di tecnologie di stampa 3D praticamente utilizzate in tutto il mondo. Comprendere queste tipologie può aiutare i rivenditori a prendere decisioni informate durante lo stoccaggio dei prodotti e a migliorare la selezione della produzione in base alla domanda. Includono quanto segue:
1. Stereolitografia (SLA)
stereolitografia, o SLA, è un processo di stampa 3D che utilizza un laser per polimerizzare la resina liquida in plastica indurita. Lo stereo capovolto o invertito è il sistema SLA più comune.
A seconda della macchina, la resina viene versata nel serbatoio dall'utente oppure erogata automaticamente da una cartuccia.
All'inizio della stampa, una piattaforma costruita viene abbassata sulla resina, lasciando solo un sottile strato di liquido tra la zona di costruzione e il fondo del serbatoio.
Un vetro trasparente sul fondo del serbatoio resina consente ai galvanometri di orientare il laser UV, disegnando una sezione trasversale del modello 3D e indurendo selettivamente il materiale. La stampa è realizzata in strati successivi, ciascuno con uno spessore inferiore a 100 micron.
Una volta terminato uno strato, la piattaforma viene nuovamente abbassata e il componente viene staccato dal fondo del serbatoio per consentire alla resina fresca di fluire al di sotto.
Sviluppato originariamente negli anni '80, fino a poco tempo fa lo SLA era limitato alle grandi macchine industriali. Oggi, la litografia desktop offre una stampa 3D conveniente e ad alta risoluzione che si adatta comodamente allo spazio di lavoro dell'utente.
La SLA consente di utilizzare un'ampia gamma di materiali con diverse proprietà fisiche. Che si tratti di un ingegnere, di un designer di prodotto, di uno scultore, di un gioielliere o di un dentista, c'è un materiale per la sua applicazione.
2. Elaborazione digitale della luce (DLP)
In elaborazione digitale della luce o DLP, il processo effettivo di polimerizzazione e produzione dell'oggetto 3D è lo stesso della stampa 3D SLA, ad eccezione di una deviazione. La stereolitografia utilizza un laser per proiettare la replica 3D dell'oggetto sulla superficie del serbatoio, creando uno strato sopra l'altro.
Nell'elaborazione digitale della luce il laser viene sostituito da una lampada ad arco o da una sorgente luminosa. La luce viene proiettata nella forma desiderata sulla superficie del polimero liquido e il particolare polimero liquido si indurisce facilmente, rendendo la formazione della forma meno dispendiosa in termini di tempo rispetto al laser. Il risultato è un processo di stampa 3D più veloce rispetto alla SLA.
L'elaborazione della luce digitale utilizza vari materiali come nylon, ABS e termoplastica. Pertanto, è versatile. Produce anche forme diverse utilizzando la stampa dal basso verso l'alto ad alta risoluzione.
3. Modellazione a deposizione fusa (FDM)
Questo processo di stampa 3D additivo a strati utilizza materiali termoplastici di livello produttivo per produrre sia prototipi che parti per l’uso finale.
La tecnologia è nota per produrre dettagli accurati e ha un eccellente rapporto resistenza/peso. È ideale per modelli concettuali, prototipi funzionali, ausili alla produzione e parti per uso finale a basso volume.
Il Processo FDM inizia "suddividendo" i dati CAD 3D in livelli. I dati vengono quindi trasferiti in una macchina che costruisce la parte strato per strato su una piattaforma di costruzione.
Per creare la sezione trasversale di ciascuna parte vengono utilizzate sottili bobine filiformi di materiale termoplastico e materiale di supporto. Come una pistola per colla a caldo, il materiale non avvolto viene lentamente estruso attraverso ugelli a doppio riscaldamento. Gli ugelli depositano con precisione sugli strati precedenti sia il supporto che il materiale per la stampa 3D.
L'ugello di estrusione continua a muoversi su un piano XY orizzontale mentre la piattaforma di costruzione si sposta verso il basso, costruendo la parte strato dopo strato. L'utente rimuove la parte finita dalla piattaforma di stampa e pulisce il materiale di supporto.
Le parti RAW FDM hanno linee di livello visibili. È possibile applicare molteplici opzioni di finitura come levigatura manuale, assemblaggio o verniciatura cosmetica per creare pezzi lisci e con superficie uniforme.
Sebbene le parti FDM siano costruite con materiali termoplastici come ABS, policarbonato e ultem, sono sia funzionali che durevoli.
4. Sinterizzazione laser selettiva (SLS)
Stampa SLS è una stampa laser a polvere che utilizza la polvere come materia prima al posto del filamento o della resina. Il processo di stampa inizia abbassando un serbatoio della polvere e riempiendolo con polvere termoplastica, tipicamente nylon.
Le particelle che compongono la polvere sono rotonde, con un diametro inferiore a 100 micron e una consistenza liscia. Ciò consente alla polvere di essere distribuita in uno strato sottile e denso, che è importante per il successo di una stampa SLS.
Prima di iniziare la stampa, la polvere viene riscaldata appena al di sotto della sua temperatura di fusione attraverso serpentine riscaldanti e, in alcuni casi, lampade a infrarossi. La polvere viene mantenuta a questa temperatura per tutta la stampa per facilitare la fusione della polvere da parte del laser poiché sarà necessaria una piccola quantità di energia. Inoltre impedisce alla parte stampata di deformarsi a causa dei gradienti di temperatura.
Uno spargitore di polvere come una lama o un rullo crea uno strato sottile e uniforme sulla piattaforma di stampa; quindi, un laser riscalda selettivamente le regioni dell'area di costruzione per sciogliere la polvere secondo una geometria definita. Questa parte viene ripetuta, con ogni pezzo che diventa più alto dopo ogni strato.
Dovrebbe essere chiaro che se sono presenti difetti o artefatti nella polvere, questi difetti si tradurranno direttamente nella parte, con conseguenti proprietà meccaniche scadenti o possibili errori di stampa. Ecco perché sono importanti strati lisci e uniformi.
Quando tutto va bene, la polvere non inserita avvolge interamente la parte stampata. Ciò significa che il materiale di supporto non è necessario per la stampa SLS; qualsiasi geometria può essere stampata. L'unica limitazione è che deve esserci spazio sufficiente per rimuovere la polvere sciolta dopo la stampa.
5. Fusione laser selettiva (SLM)
Il fusione laser selettiva Il processo utilizza materiali metallici in polvere per costruire un oggetto strato dopo strato. Viene utilizzato per creare oggetti utilizzando vari metalli, che solitamente hanno un'alta densità. Questa tecnologia di stampa 3D utilizza un laser per sciogliere la polvere metallica, che la raffredda e la solidifica.
Ogni ciclo laser produce una nuova fetta dell'oggetto che si sta creando, quindi la piattaforma di lavoro si abbassa esattamente dello spessore di un lato mentre un raschietto ridistribuisce la polvere. Il metallo fuso si solidifica e il processo si ripete.
Il laser fonde insieme i vecchi e i nuovi strati fino al completamento del prototipo. Ogni componente è saldato alla piattaforma di lavoro con un supporto staccabile dopo la rimozione del componente.
L'oggetto finito viene rimosso dalla polvere riciclabile inutilizzata e liberato dalla polvere in eccesso, ottenendo prodotti fabbricati di precisione molto robusti.
La fusione laser selettiva si rivela utile quando è necessario produrre rapidamente componenti complessi. Consente inoltre la produzione di prodotti complessi con elementi funzionali integrati come il raffreddamento conformato.
6. Fusione elettronica del fascio (EBM)
Fusione del fascio elettronico è un processo di produzione additiva di metalli il cui punto di partenza è un letto di polvere di metallo fuso strato dopo strato per costruire la parte metallica solida utilizzando un fascio di elettroni.
Rispetto alle più comuni tecniche di fusione laser a letto di polvere come SLS e SLM, si tratta di un processo ad alta energia, che utilizza quindi il fascio di elettroni.
La fusione del fascio elettronico avviene tipicamente all'interno di una macchina sotto vuoto ad alte temperature. Un utente inizia spargendo uno strato di polvere metallica sull'area di costruzione e preriscaldando tutta quella polvere. Quindi, il fascio di elettroni lo fonde sciogliendo i punti necessari per costruire l'oggetto.
Il processo viene ripetuto per ottenere infine un blocco semisolido o una torta di polvere contenente i materiali granulari preriscaldati. Il passaggio successivo richiede il depotenziamento del blocco e quindi il proseguimento del flusso di lavoro.
Uno dei vantaggi dell'EBM è che la fonte di energia più elevata rende possibile l'utilizzo di un diametro maggiore polvere di metallo, che è anche più facile da lavorare. Inoltre non presenta alcun rischio respiratorio quando si lavora con polvere fine. Pertanto, con l'EBM, è possibile lavorare con la polvere e stare nelle sue vicinanze senza speciali attrezzature di sicurezza.
Un altro vantaggio della fusione del raggio elettronico è che avviene a temperature più elevate rispetto alla fusione del letto di polvere laser. Ciò si traduce in una migliore gestione degli stress termici, minori deformazioni e distorsioni e una migliore precisione dimensionale.
La fusione a fascio elettronico è comunemente utilizzata per realizzare impianti medici, sebbene sia stata utilizzata anche nell'ingegneria aerospaziale e automobilistica.
7. Produzione di oggetti laminati (LOM)
L’altra tecnologia di stampa 3D è produzione di oggetti laminati. La produzione di oggetti laminati, o LOM, è un processo di prototipazione rapida in cui strati laminati di carta patinata, plastica o metallo vengono incollati insieme con successo e tagliati in forma con uno strumento di taglio o un dispositivo di taglio laser.
Ogni strato del processo di costruzione contiene le sezioni trasversali di una delle tante parti. Prima che inizi l'elaborazione, un'immagine da un file STL derivato dal CAD viene alimentata alla stampante. Un software del sistema LOM calcola e controlla le funzioni di slicing, mentre la laminazione e l'orientamento dell'oggetto avvengono manualmente.
Nel processo di costruzione, il sistema crea una sezione trasversale del modello 3D, misurando l'altezza esatta del modello e tagliando di conseguenza il piano orizzontale. Il software quindi immagina i tratteggi incrociati e il perimetro del modello.
Una trave più grande taglia lo spessore di uno strato di materiale alla volta e, dopo che il perimetro è stato bruciato, il confine del modello viene liberato dal foglio rimanente.
La piattaforma con la pila di strati precedentemente formati scende e avanza una nuova sezione di materiale.
La piattaforma sale e un rullo riscaldato lamina il materiale sulla pila con un unico movimento reciproco, legandolo allo strato precedente. Quindi, un codificatore verticale misura l'altezza della pila e trasmette la nuova altezza da tagliare. Questa sequenza continua finché non vengono costruiti tutti gli strati.
La lavorazione del materiale avviene dopo che i materiali sono stati completamente formulati, il che comporta la separazione della parte laminata dal blocco LOM. Dopo la separazione, l'oggetto può essere levigato, lucidato o verniciato a piacere.
Come selezionare il giusto processo di stampa 3D
Le imprese possono scegliere il giusto stampa 3D metodo solo se considerano alcuni fattori chiave. Ecco tre elementi chiave a cui dare priorità prima di investire in una tecnologia specifica.
1. La capacità di produzione o di processo
Innanzitutto, quando si seleziona una tecnologia di stampa 3D, si tratta della praticità della procedura per realizzare il prodotto. Le caratteristiche fisiche dell'oggetto prodotto possono aiutare gli utenti a restringere la metodologia di stampa. Questi includono lo spessore, la precisione, le dimensioni o la struttura di supporto desiderati del prodotto finito.
Ad esempio, lo spessore minimo della parete nella stampa SLA è 0.6 mm, mentre l’elaborazione digitale della luce può arrivare fino a 0.2 mm. Il risultato dell'oggetto stampato è il meno accurato con la deposizione fusa, mentre lo SLA è il più accurato e ha la risoluzione più alta.
Sebbene SLS o SLA siano eccellenti per la maggior parte delle esigenze di stampa 3D, è possibile realizzare progetti più complessi che richiedono una gestione esperta tramite la stampa FDM, EBM o LOM.
2. Caratteristiche o funzionalità delle parti terminali
Un altro modo per scegliere un processo di stampa 3D ideale è considerare la funzionalità del prodotto finale. Ciò implica esaminare la non suscettibilità alle condizioni ambientali, la flessibilità, la rigidità e altri aspetti fisici come la resistenza chimica e al calore, la sicurezza ecologica e se è addirittura commestibile.
L'esposizione all'umidità o alla luce solare può influire sulla qualità dei prodotti; pertanto, la resistenza al calore e all'umidità non è garantita a base di resina processi come SLA o DLP. Pertanto, gli utenti possono prendere in considerazione metodi basati sull’infusione di polvere come le tecnologie di stampa EBM, SLM o LOM. Inoltre, gli articoli stampati utilizzando queste tecnologie hanno le proprietà chimiche più forti.
Ciò significa che SLA e DLP sono adatti alla stampa di materiali che non saranno esposti a elementi esterni aggressivi, mentre i metodi di sinterizzazione laser selettiva con fusione a raggio elettronico funzionano meglio per la stampa di materiali di livello industriale.
3. Materiali e finiture
Infine, le aziende devono sottolineare il tipo di materiale che utilizzeranno per produrre l'oggetto e la finitura che si aspettano dalla stampa. I materiali più comuni utilizzati per la stampa 3D includono filamento, polveree resina, dove questi materiali sono ulteriormente classificati in polimeri o plastica, metalli, ceramica e compositi.
Le materie plastiche vengono anche classificate in termoplastiche e termoindurenti. SLS e FDM sono più adatti per i materiali termoplastici, mentre la migliore tecnologia di stampa per i termoindurenti è la stereolitografia e il Digital Light Processing (DLP).
I materiali metallici hanno le qualità più resistenti e sono adatti per applicazioni aerospaziali, automobilistiche e mediche. Il tipo di materiale è importante anche quando si realizzano parti robuste come cerniere di porte o altre parti metalliche per applicazioni leggere. I processi SLM, LOM ed EBM offrono soluzioni di stampa per tali esigenze.
Nel frattempo, queste diverse tecnologie di stampa hanno anche finiture diverse. Ad esempio, chi cerca una finitura galvanica o lucida può scegliere le tecniche SLA e FDM. SLA e DLP eseguiranno una finitura chiara. Una finitura colorata o opaca è possibile quando si utilizza la sinterizzazione laser selettiva.
Conclusione
In definitiva, esistono diverse tecnologie di stampa 3D e scegliere quella giusta dipende dalle esigenze dell'utente. Anche altri fattori, come il materiale e la praticità, determineranno il tipo di tecnologia da utilizzare. Gli utenti pronti a intraprendere un viaggio di successo nella stampa 3D possono esplorare una gamma di stampanti 3D affidabili su Alibaba.com.
