3D printing: stampare o essere stampati? Questo è il problema

3d printing

Ne sentiamo parlare spesso e volentieri come qualcosa di assodato e più che reale, ma sappiamo per davvero cosa significa stampare in 3D e, soprattutto, sappiamo a che cosa serve? Sappiamo che si possono usare diversi materiali, tra cui plastiche, gesso, legno, ceramica e metallo, perfino materiale biologico e alimentare; e che è possibile stampare i cosiddetti MiniMe, ovvero la versione di se stessi stile action figure? La verità è che la stampa 3D è nata negli anni Ottanta e che ormai è entrata di prepotenza negli enta.
Partiamo dall’inizio e vediamo di fare un po’ di chiarezza.

 

Che cos’è la stampa 3D?

Giusta domanda e neanche troppo banale!
La creazione di oggetti in 3D tramite stampa o produzione additiva è un processo che prevede la realizzazione di oggetti in tre dimensioni partendo da zero sulla base di un modello digitale. Si tratta della sovrapposizione di strati di materiale lungo tre assi fino alla creazione dell’oggetto finale.
Significa che l’oggetto in sé non esiste e che non viene realizzato per sottrazione, modellando il materiale esistente fino a creare l’oggetto finale. In questo caso servirebbero delle macchine CNC (computer numerical control) adibite a questo tipo di costruzione, detta sottrattiva, e che “scolpiscono” l’oggetto finale grazie a una fresa.

OK, ma come funzionano le stampanti 3D?

Immaginiamo questo macchinario come una normalissima stampante, con la differenza che si può stampare praticamente di tutto. Ma come?
Esistono infatti tre modi per stampare in 3D:

  • Copiando oggetti effettivamente esistenti
  • Stampando oggetti da modelli tridimensionali
  • Creando oggetti ex-novo

Nel primo caso è necessario l’intervento di uno scanner 3D per poter operare la riproduzione esatta di un oggetto reale. Negli altri casi invece rimane la necessità di servirsi di modelli computerizzati tridimensionali che rappresentino l’oggetto finale oppure creare il modello di un oggetto 3D da zero.
Ma partiamo dall’inizio.

Come si stampa in 3D passo per passo

Appurato che per stampare in tre dimensioni non possono mancare l’apposita stampante, un modello 3D computerizzato e un generico materiale, cominciamo a vedere per davvero come funziona il processo.

1. Trovare una stampante 3D
Si fa presto a dire stampante, ma che cosa immaginiamo nella nostra testa? L’idea che idealmente sia possibile stampare di tutto non deve far pensare che sia un ritrovato di magia nera e che sia in grado di piegare le leggi della fisica. Esistono diversi tipi di stampanti e di diverse grandezze, questo implica che l’oggetto che si desidera riprodurre deve essere adatto alle dimensioni della stampante utilizzata. In commercio esistono numerosissimi modelli che variano a seconda della tecnologia di base: FDM, SLA o SLS. Sembrano parolacce, ma non lo sono e vedremo a uno a uno come funzionano.
Giusto per dare un’idea meno nebulosa di come sia fatta una stampante 3D, ecco qualche esempio:

 

Tipi di stampanti 3D

 

2. Scegliere il progetto digitale da stampare
Bene, abbiamo la stampante. Ora tocca al modello 3D di un oggetto effettivamente esistente o di un modello creato ad hoc.
Nel primo caso si utilizza uno scanner 3D, nel secondo caso è possibile scaricare uno dei numerosi modelli open source o disegnare il modello con un programma che permetta di realizzare entità grafiche bidimensionali o tridimensionali di tipo matematico-geometrico senza perdita di risoluzione (tipo Autocad per intendersi). Questo presuppone che la stampante sia collegata al computer che contiene il modello da usare.

Modello digitale per la stampa 3D

 

3. Materiale che hai, stampante che trovi
Un appunto importante va fatto sui materiali che vengono usati per la stampa 3D: benché quelli più comuni derivino da plastiche e resine, l’evoluzione del settore ha portato alla creazione di filamenti, polveri e composti liquidi di legno, ceramica, alluminio, fibre tessili e materiale biologico a seconda del settore di applicazione e della tipologia di prototipazione rapida.
In futuro l’applicazione a livello industriale della stampa additiva prevederà un sempre maggiore uso di metalli dando una svolta importante verso la produzione di componenti veri e propri e sempre meno di prototipi. Il metodo generalmente utilizzato è quello della sinterizzazione di polveri di metallo che vengono fuse tramite laser ad alta precisione. Vedremo come l’utilizzo di tecnologie 3D e di metalli per la produzione di componenti in serie, oltre che di prototipi, rientri perfettamente nel Piano Industria 4.0.

Materiali usati per la stampa 3D

Industria 4.0: la stampa 3D alla conquista dell’industria italiana

Industria 4.0 è il nome del Piano Nazionale del Ministero dello Sviluppo Economico inserito nella legge di bilancio 2017. Incentivazione all’automazione industriale, sostegno alla produzione interconnessa e all’utilizzo di tecnologie applicate ai sistemi di produzione e di gestione aziendale per le aziende italiane: questi sono i capisaldi della cosiddetta “Quarta rivoluzione industriale”. Nel 2018 si parla, invece, sempre più di Impresa 4.0: benefici estesi alle aziende terziario e formazione dedicata alle tecnologie digitali.
Facciamo però un passo indietro e ritorniamo a Industria 4.0 e ai suoi quattro ambiti di interesse:

  • Utilizzo dei dati,
  • Analisi dei dati e valore che se ne può ricavare,
  • Interazione uomo-macchina tra realtà aumentata e interfacce smart, e infine
  • Passaggio da digitale a reale.

In quest’ultimo ambito si è collocata la stampa 3D. Intesa sia come prototipazione, ma sempre di più anche come manifattura additiva e quindi come produzione, ha acquistato un ruolo essenziale nell’integrare impianti e sistemi con una sempre maggiore personalizzazione.
La stampa 3D si inserisce perfettamente, infatti, nella logica di Industria 4.0 in termini di connessione alla rete e di scambio di informazioni. E in che modo la stampa 3D può influenzare positivamente l’industria? Ecco i vantaggi più immediati:

  • Personalizzazione: l’assenza di stampi nella produzione rende la personalizzazione dei prodotti tecnicamente realizzabile senza costi aggiuntivi;
  • Delocalizzazione: la produzione di oggetti identici può essere fatta ovunque e da qualsiasi macchina, scindendola dalla necessità di grandi impianti o da manodopera umana più o meno numerosa;
  • Velocità: in termini di produzione, ma anche in termini di distribuzione dato che in alcuni casi le dimensioni ridotte delle stampanti potrebbero avvicinare il loco produttivo a quello della scaffalatura, rendendo la produzione a Km 0.

Insomma qual è il vero limite della stampa 3D? Potenzialmente nessuno. Tuttavia i costi elevati e la difficoltà di utilizzo sono elementi che non possono essere ignorati. Le stampanti 3D e loro annessi sono macchine che possono incidere sulle possibilità di spesa di un’azienda: il costo del macchinario, il costo del materiale utilizzato per stampare, l’ingombro dato dagli stessi, la manutenzione e la formazione importantissima e costantemente aggiornata del personale addetto alla stampa sono fattori da tenere in considerazione nell’economia di un’azienda. Molte aziende produttrici di stampanti tridimensionali poi non vendono la propria tecnologia, ma preferiscono adottare soluzioni come la cessione in comodato d’uso.
A livello di impresa si tratta sicuramente di un investimento importante e che deve essere ben calcolato perché diventi effettivamente redditizio.

Il connubio tra stampa 3D e industria: solo rose e fiori?

Quali sono invece le problematiche che la manifattura additiva alle applicazioni industriali e artigianali potrebbe creare? Nel primo caso il problema principale sarebbe quella della protezione della proprietà intellettuale di contro alla facilità con cui la produzione potrebbe avvenire con la stampa 3D. Non si tratta, infatti, di un problema da niente: gli oggetti che possono essere tutelati da brevetti possono essere:

  • I modelli (ovvero il design), oppure
  • I processi.

Per quanto riguarda i modelli la tutela di un brevetto si applica all’aspetto esteriore del prodotto; nel caso dei processi, invece, la questione si fa un po’ più complicata. Il metodo di produzione deve possedere il requisito di attività inventiva, ovvero di originalità; eventualmente si possono aggiungere altre tutele come i marchi legati al nome o alla forma del prodotto o al know-how dietro alla sua produzione. Certo è che la diffusione di questi mezzi e processi aprirà nuove frontiere, ma anche nuove problematiche.
Dall’altra parte la delocalizzazione della produzione, se non controllato, potrebbe provocare la scomparsa di distretti industriali e la nascita di un tessuto produttivo autarchico suddiviso in una miriade di mini unità. Insomma, non un problema da sottovalutare.

Abbiamo visto finora gli elementi essenziali della stampa 3D e quali sono le prospettive e le applicazioni della stampa oggi.
Nel prossimo capitolo vedremo come funzionano i diversi tipi di stampanti, le tecnologie di produzione additiva e in quali settori le stampanti si stanno facendo strada: dall’architettura alla medicina, dal design alla moda. Con qualche sorpresa.

 

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