Stampanti 3D Industriali

stampante 3d applicazione industriale

 

Le stampanti 3D industriali sono una tecnologia innovativa in rapida espansione.
Ne esistono di diversi tipi, prevedono l’impiego di svariati materiali e sono impiegate in una moltitudine di settori.
Per tali motivi è utile capire cos’è la stampa 3D, qual è il suo funzionamento, quali sono le applicazioni industriali e a quanto ammontano i costi.

Cos’è la stampa 3D


È bene innanzitutto chiarire cos’è la stampa 3D.

Viene chiamata in tal modo in quanto si riferisce alla realizzazione di oggetti tridimensionali, a partire da un modello digitale.
Esso viene creato tramite appositi software e viene successivamente elaborato, per giungere poi alla sua realizzazione attraverso diverse tecnologie.

Si tratta di una produzione differente da quella sottrattiva (lavorazione CNC) o formativa (stampaggio con presse ad iniezione).
Essa si chiama additiva in quanto la fabbricazione degli oggetti si ottiene aggiungendo uno strato sopra l’altro, partendo da un modello CAD 3D.
Ciascuno strato corrisponde ad una sezione trasversale di tale modello.

Le varie tecnologie di produzione additiva sono classificabili in:

  1. Solidi fusi.
    Quest’insieme di tecnologie si basa sulla fusione di un materiale e sull’estrusione di un ugello o di un effettore finale di qualche tipo.
    Il materiale, fuso e stratificato, ottiene infine una nuova forma.
  2. Polveri di fusione.
    In questa gamma rientrano le tecnologie che utilizzano un materiale in polvere, che viene fuso tramite un legante o una fonte di calore.
  3. Liquidi solidificanti.
    Queste tecnologie si basano sull’applicazione di un laser per solidificare un sottile film di resina o polimeri fotosensibili.

I materiali impiegabili nella stampa 3D sono molteplici; tra questi:

  • Plastica (es. PLA, PVA, poliammide, ABS)
  • Metallo e le sue leghe (es. oro, titanio, acciaio inossidabile)
  • Calcestruzzo
  • Tessuto
  • Nitinol
  • Fibra di carbonio
  • Resina
  • Carta
  • Grafene
  • Polimeri (es. PEEK, PEI, PPSU/PPSF)
  • Vetro
  • Ceramica

La stampa 3D è in continua espansione grazie ai benefici che offre.

Essa consente infatti un processo personalizzabile di creazione rapida di prototipi; permette la produzione su larga scala e la realizzazione di geometrie complesse impossibili da realizzare con i tradizionali processi di produzione. 

È anche una tecnologia di produzione digitale che non richiede utensili diversi per le parti revisionate, eliminando i tempi di inattività tra le revisioni dei prodotti o la produzione di prodotti completamente nuovi.

 


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Funzionamento


Per quanto riguarda il funzionamento della stampante 3D, esso è così riassumibile:

  1. Il modello 3D viene prodotto tramite appositi software di modellazione (es. AutoCAD)
  2. Se si vuole replicare l’oggetto da stampare si può ricorrere a soluzioni con scanner 3D
  3. Si salva il modello nel formato .STL e lo si carica in un software di Slicing (ne esistono sia proprietari che open source)
  4. In quest’ultimo si impostano i vari dati della stampante 3D e i parametri per la stampa: spessore del layer, infill, velocità di stampa ecc.
  5. Si manda in stampa l’oggetto, salvando il file in un formato apposito (G-Code), leggibile dalla stampante 3D.

Per quanto riguarda poi i processi di produzione additiva, essi si distinguono in base a fattori come: velocità, costo del prototipo stampato, scelta dei materiali, colorazioni disponibili, ecc.

Tra questi metodi vi sono:

  • FFF o FDM: fabbricazione di filamenti fusi.
    È il tipo più comune di tecnologia di stampa 3D in plastica.

    Gli elementi principali sono: una lastra su cui viene stampato il pezzo, una bobina di filamenti che funge da materiale da stampa e un estrusore hot-end.

    Il filamento viene spinto e fuso dall’estrusore della stampante 3D, che deposita accuratamente il materiale strato per strato sulla lastra.
  • SLA: stereolitografia.
    Queste stampanti 3D utilizzano un serbatoio di resina fotosensibile, con l’oggetto realizzato facendo passare un laser sopra lo strato per solidificare la resina in posizione.

    In questo caso per stampare si utilizza la luce e non il calore.
  • SLS: sinterizzazione laser selettiva.
    Esso si basa sulla fusione di un materiale in polvere.

    Le stampanti 3D SLS utilizzano un laser ad alta potenza per fondere piccole particelle di polvere polimerica.
    La polvere non fusa sostiene il pezzo durante la stampa, eliminando la necessità di supporti speciali.
  • MJF o MJ: fusione multigetto.
    Come suggerisce il nome, è un processo che utilizza l’iniezione di materiali.

    Infatti vengono iniettate centinaia di minuscole goccioline di fotopolimero, con un procedimento di espulsione simile alla stampante industriale a getto d’inchiostro.

    Le goccioline passano quindi attraverso un processo di polimerizzazione (solidificazione) della luce UV (ultravioletti).
  • DMLS: sinterizzazione laser diretta dei metalli.
    Tale processo è utilizzato per la creazione di oggetti metallici e in lega.

    In tal caso viene utilizzato un laser per fondere la polvere di metallo.
    La realizzazione degli oggetti avviene in modo simile a SLS, ma la differenza è che la polvere viene riscaldata dal laser fino al punto in cui è possibile la fusione a livello molecolare.
  • DLP: elaborazione digitale della luce.

Questa tecnologia è simile allo SLA e utilizza anche fotopolimeri liquidi fotopolimerici.

La differenza però sta nella sorgente luminosa, che in questo caso è uno schermo di proiezione digitale, che si concentra sui punti dove la resina ha bisogno di indurire, velocizzando il processo di stampa rispetto allo SLA.


Stampante 3D applicazioni industriali


A questo punto, compresa la stampante 3D, si può parlare delle sue applicazioni industriali.

In tale ambito viene impiegata per la realizzazione di prodotti in modo rapido, preciso e in grandi quantità. 

I settori in cui può trovare applicazione sono molteplici, e in continua espansione.
Tra di essi rientrano quello:

  • Elettronico e meccanico.
    L’applicazione in tal campo prende sempre più piede in quanto permette di ottimizzare il processo di progettazione, lo studio topologico dei pezzi e offre un connubio di caratteristiche come resistenza, peso ridotto e costi di produzione inferiori.
  • Farmaceutico.
    L’impiego della stampa 3D qui riguarda la realizzazione di strumenti che consentono un dosaggio accurato dei farmaci, flessibilità negli aggiustamenti della dose, profili di rilascio personalizzati, ecc.
  • Automobilistico.
    Questo settore sta implementando parti stampate in 3D come pomelli della leva del cambio e testate su autovetture e auto da corsa, ottenendo così una riduzione dei costi e un miglioramento delle prestazioni.
  • Edile.
    Vengono stampati ponti come anche case.
  • Aerospaziale.
    Tale settore sta stampando in 3D vassoi da tavolo leggeri e componenti complessi per motori a reazione, per migliorare la qualità e ridurre il consumo di energia.
  • Biotecnologico.
    La stampa 3D viene impiegata nella creazione di articoli medicali, come protesi e materiale organico per migliorare soluzioni appositamente disegnate per pazienti specifici.
  • Odontoiatria.
    Qui l’impiego riguarda la creazione di apparecchi ortodontici specifici per ciascun paziente.
  • Abbigliamento.
    I tessuti, per esempio, possono essere riprodotti sfruttando tecnologie in grado di lavorare anche su trame di piccole dimensioni e agendo su caratteristiche come flessibilità, geometrie e colori con un’infinità di opzioni.
  • Gioielleria e settore orafo.
    Tale applicazione riguarda ad esempio la costruzione di stampi per gioielli ricchi di dettagli e destinati ad una produzione in grandi volumi. 

 


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Costo stampante 3D industriale


Il costo di una stampante 3D industriale è variabile.

Esso è correlato a fattori come il modello, la marca, le dimensioni, i materiali e ulteriori caratteristiche tecniche.

Dunque la stima esatta di quanto costa una stampante 3D industriale risulta difficile.
Tuttavia è possibile fornire un range di prezzo orientativo, distinguendolo in base al valore della stampante.

  • Per una fascia medio-bassa si possono trovare soluzioni che oscillano tra i 5.000 e i 50.000 euro circa.
  • Per una fascia medio-alta il prezzo aumenta, variando dai 50.000 ai 200.000 euro.

Le stampanti 3D di fascia più alta hanno un costo che parte dai 300.000 euro arrivando vicino al milione.

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