“La lavorazione tridimensionale aiuta a facilitare la lavorazione di polimeri di qualità ingegnerizzata a macchina. Inoltre, a differenza delle tradizionali tecniche di produzione rapida, può creare rapidamente prototipi e parti geometriche leggere”.
Nel settore della lavorazione della plastica, la stampa 3D è una tecnica di produzione additiva per la creazione di progetti 3D da progetti digitali 3D. Offre vantaggi ai professionisti del design nella creazione di prototipi estetici e funzionali per testare gli adattamenti prima di avviare una produzione su vasta scala.
Consiste nell'impilare il materiale strato per strato, guidato da un sistema CNC, per creare un pezzo tridimensionale nel minor tempo possibile. In genere, la stampa 3D è veloce ed efficiente per la produzione di progetti complessi. Tuttavia, Costo della stampa 3D in metallo In genere, il costo è superiore a quello della stampa 3D su plastica a causa del prezzo del materiale, delle attrezzature specializzate e dei requisiti di post-elaborazione. Ciononostante, rimane un'opzione pratica per componenti complessi, a basso volume e ad alte prestazioni.
Inoltre, i costi di installazione sono relativamente inferiori a quelli delle tecniche convenzionali. Grazie alla sua precisione e accuratezza dimensionale nel settore manifatturiero, ha guadagnato un'attenzione significativa in tutto, dai progetti architettonici ai prototipi di componenti aerospaziali.
Questo articolo discute i processi, i tipi e le applicazioni industriali della stampa 3D. Copre anche i suggerimenti necessari per un progetto di stampa 3D di successo.
Cos’è la stampa 3D? Come funziona?
Stampa 3D
La stampa 3D è una tecnica di produzione additiva per creare parti o prodotti. Le illustrazioni virtuali predeterminate o la rappresentazione matematica delle superfici 3D sono curate in software come MatterControl 2.0, Tinkercad, Blender, UVTools, WebPrinters e Ultimaker Cura. Dopo aver finalizzato il progetto, i file vengono preparati per la stampa. Qui, il disegno viene scomposto suddividendolo in centinaia o migliaia di strati orizzontali o verticali, a seconda della configurazione della parte. Quindi, il modello tagliato viene inviato alla stampante 100D.
Nel processo di stampa 3D, il materiale plastico viene adagiato nei suoi strati successivi in ordine sequenziale fino alla formazione di una parte o prodotto. Questo processo è noto come estrusione di materiale. Queste stampanti sono particolarmente compatte e relativamente economiche per produrre parti in ordini di volume ridotto o sfusi. Inoltre, i materiali per la stampa 3D stanno ampliando la loro gamma dalla plastica ai polimeri tecnici a basso costo. Generalmente richiedono un budget minimo per la loro infrastruttura. Uno dei vantaggi principali è che la stampa 3D utilizza meno materiale per formare prototipi, a differenza dei metodi convenzionali. Oltre alle loro capacità di progettazione delle parti, quasi tutti i progetti concettuali che ti vengono in mente, una stampante 3D standard può replicare. Una stampante 3D standard di piccole dimensioni di solito costa tra $ 300 e $ 400 circa.
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Parti principali di una stampante 3D
Le stampanti 3D sono costituite da diversi componenti fissi e mobili che lavorano insieme per produrre prototipi. Sebbene la struttura della macchina vari a seconda del modello, Tipi di stampa 3DLa maggior parte delle stampanti 3D include i cinque componenti principali elencati nella tabella sottostante.
Tabella: Parti principali delle stampanti 3D
| Componenti | Funzionalità |
| testina di stampa | È un elemento riscaldante di una stampante 3D che successivamente deposita materiali plastici per creare un prodotto. |
| Costruisci vassoi | Il luogo in cui vengono creati i progetti reali mediante riscaldamento o riscaldamento dipende dal tipo di tecnologia di stampa 3D prevista. |
| Controller di movimento | È la parte principale utilizzata per regolare il processo di stampa 3D. Contiene utilità meccaniche tra cui; motori, cinghie, viti e finecorsa. |
| Scheda madre | È la parte centrale che contiene componenti elettrici. Controlla tutte le funzionalità delle stampanti 3D come; velocità e quantità di deposizione del materiale. |
| Alimentazione elettrica | L'alimentatore viene utilizzato per alimentare tutte le parti elettriche delle stampanti 3D. |
Tipi di stampa 3D in plastica
Ecco alcuni dei tipi più comuni di tecnologia di stampa 3D tra cui;
- Stereolitografia (SLA)
- Modellazione a deposizione fusa (FDM)
- Sinterizzazione laser selettiva (SLS)
- Processo di luce digitale (DLP)
- Poligetto
- Fusione multigetto
Stereolitografia (SLA)
Stampa 3D SLA
La SLA è considerata la prima tecnologia di stampa 3D commerciale. Utilizza un serbatoio di riempimento di un fotopolimero liquido che viene inizialmente riscaldato per polimerizzare i suoi strati successivi nel materiale della parte prevista.
La SLA può replicare rapidamente prototipi dettagliati ad alta risoluzione, parti complesse e modelli per la fusione a cera persa. Inoltre, aiuta i progettisti a modellare componenti dettagliati esemplari per testare l'adattamento di un prodotto tecnico assemblato.
Tabella: Tipi di plastica utilizzati in SLA e applicazioni
| Materiale | Applicazioni | Livello di precisione |
| Polipropilene, ABS e policarbonati riempiti di vetro | Prototipi per maschere, attrezzature e modelli di fusione | 0.1 mm a 0.2 mm |
Modellazione a deposizione fusa (FDM)
Stampa 3D FDM
La modellazione a deposizione fusa funziona fondendo il filamento di plastica ed estrudendolo attraverso un ugello riscaldante in strati sequenziali per formare un prodotto prototipo. La risoluzione e l'accuratezza dimensionale della FDM sono relativamente inferiori rispetto alla SLA. Inoltre, può essere soggetto a danni dopo una lunga esposizione alle radiazioni ultraviolette.
Quando si tratta di compatibilità dei materiali, può depositare vari materiali termoplastici robusti su elastomeri flessibili per la produzione di articoli. Trova ampio utilizzo nella realizzazione di modelli proof-of-concept e di prototipi da semplici a complessi.
Tabella: Materiali e applicazioni compatibili
| Materiale | Applicazioni | Livello di precisione |
| PET, ABS, ETG, PLA | Incorpora test di adattamento, prototipi per maschere, attrezzature e modelli di fusione a cera persa | 0.1 mm a 0.2 mm |
Sinterizzazione laser selettiva (SLS)
Parti di stampa 3D in nylon SLS
Come suggerisce il nome, funziona sinterizzando un laser su una forte polvere termoplastica per costruire prototipi per test funzionali. Questo laser scioglie il materiale plastico e lo fonde strato dopo strato attraverso un ugello riscaldante per costruire un prodotto. Il processo consuma meticolosamente tutto il materiale durante il processo. Solitamente non richiede alcuna struttura di supporto durante lo sviluppo del prodotto. Inoltre, le parti 3D realizzate tramite SLS sono più resilienti e altamente stabili dimensionalmente rispetto alle tecniche di deposizione fusa e SLA. Inoltre, le parti acquisiscono una resistenza maggiore rispetto alle parti stampate a iniezione.
Tabella: Materiali e applicazioni compatibili
| Materiale | Applicazioni | Livello di precisione |
| Nylon 6, nylon 11, nylon 12 e poliammide 12 | Incorpora test di adattamento, prototipi per maschere, attrezzature e modelli di fusione a cera persa | 0.1 mm a 0.2 mm |
Processo di luce digitale (DLP)
Elaborazione della luce digitale
Il processo DLP assomiglia a quello SLA. Prevede l'uso di sorgenti luminose convenzionali anziché di luce laser. In generale, la DLP è relativamente più economica e produce parti di qualità superiore rispetto alla SLA. Inoltre, il processo è relativamente veloce poiché viene impressa la parte completa in una sola volta. Oltre alla finitura superficiale, queste stampanti spesso producono texture superficiali estremamente lisce per i prodotti finali.
Tabella: Materiali e applicazioni compatibili
| Materiale | Applicazioni | Livello di precisione |
| Cloruro di polivinile, ABS, polipropilene | Stecche dentali, ornamenti, amplificatori e fusione di gioielli | 0.1 mm a 0.2 mm |
Fusione multigetto (MJF)
Parti stampate a getto multiplo
Nel processo, la fusione multigetto è simile alla SLS poiché entrambe utilizzano la potenza del nylon per lo sviluppo di prototipi funzionali. Queste stampanti 3D uniscono gruppi di getto d'inchiostro alla polvere di nylon per creare un prodotto strato dopo strato fondendo un elemento riscaldante. MJF aiuta a produrre prodotti di uso finale dai colori diversi e migliora la risoluzione delle parti previste. Inoltre, è necessario un tempo di consegna minimo per realizzare un prodotto ed è considerata una tecnica economica nella tecnologia di stampa 3D.
Tabella: Materiali e applicazioni compatibili
| Materiale | Applicazioni | Precisione |
|
PA 12 nero, polipropilene PA 12 caricato vetro al 40% nero |
Prototipi, dispositivi medici, soffietto, deflettori, maschere e dispositivi |
0.05 mm |
Poligetto
Polyjet si riferisce a una tecnologia di stampa 3D tradizionale che ha una notevole somiglianza nel funzionamento con le stampanti a getto d'inchiostro convenzionali. Funziona facendo cadere i fotopolimeri su una piastra di costruzione sinterizzando la luce UV per formare un prodotto. Le stampanti 3D Polyjet sono più economiche di SL e SLS. I progettisti di prodotto possono utilizzare i poly jet, laddove sono necessari prototipi per testare gli adattamenti progettuali iniziali di un assieme. Inoltre, possono forgiare parti multicolori e multimateriali.
Tabella: Materiali e applicazioni compatibili
| Materiale | Applicazioni | Precisione |
| Polipropilene, ABS, materiali gommosi, materiali otticamente trasparenti | Sovrastampaggio e prototipi elastomerici | 0.1 mm |
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Tecnologie di stampa 3D in metallo
Oltre alla plastica, 3D materiali di stampa Tra i materiali utilizzati figurano anche diversi metalli ad alta resistenza per la produzione di prototipi funzionali e componenti per l'uso finale. Le scelte più comuni sono acciaio inossidabile, alluminio, rame, tungsteno e titanio. Per questi materiali metallici si utilizzano comunemente i seguenti processi di stampa 3D.
- Fusione a fascio di elettroni (EBM)
- Sinterizzazione laser diretta del metallo (DMLS)
Fusione a fascio di elettroni (EBM)
La fusione con fascio di elettroni è a stampa 3D in metallo processi. Come suggerisce il nome, utilizza un fascio di elettroni ad alta energia per fondere la polvere metallica in successivi strati omogenei per formare un prodotto secondo le specifiche richieste. Funziona creando un vuoto inferiore a 0.0001 mbar all'interno di una camera di stampa. La temperatura ottimale richiesta per fondere il materiale è compresa tra 600 e 700 ℃. Rispetto ad altre tecnologie di stampa 3D, l’EBM è veloce ed economica. Inoltre, può essere utilizzato come sostituto delle tecniche di lavorazione e fusione CNC, poiché produce parti altamente durevoli.
Tabella: Materiali e applicazioni compatibili
| Materiale | Applicazioni | Precisione |
| Tantalio, tungsteno, vanadio e titanio | Componenti aerospaziali, automobilistici e medicali | N/A |
Sinterizzazione laser diretta del metallo (DMLS)
DMLS è un'altra tecnica di stampa 3D in metallo. Confronto tra la sinterizzazione laser diretta dei metalli Stampa 3D e lavorazione CNC, offre maggiori vantaggi in termini di flessibilità, ripetibilità, precisione e velocità di produzione. Inoltre, è un’opzione particolarmente efficiente per produrre prototipi complessi e dettagliati. In generale, riduce i metalli e trasforma i molteplici gruppi di parti in componenti leggeri o singoli.
Tabella: Materiali e applicazioni compatibili
| Materiale | Applicazioni | Precisione |
| Acciaio inossidabile, alluminio, leghe di nichel e rame. Eccetera. | Prototipi aerospaziali, automobilistici e imitativi medici | 0.1 mm |
Additivo vs. Produzione sottrattiva
Additivo vs. Produzione sottrattiva
La produzione additiva aggiunge materiale in strati sequenziali per creare un prodotto. La produzione sottrattiva, al contrario, rimuove materiale dalle parti esistenti per modellarle nella forma desiderata. Questi approcci fondamentali sono ampiamente utilizzati in tutti i settori manifatturieri grazie alla flessibilità del materiale e all'eccezionale precisione. Oltre a ciò, queste tecniche sono esplose come opzioni economiche per lotti di grandi volumi.
Sebbene esistano molte tecniche di produzione, la lavorazione CNC e la stampa 3D sono le due più adottate per i loro vantaggi versatili. Valutiamo le distinzioni tra loro;
Tabella: produzione additiva e sottrattiva
| Aspetti tecnici | Produzione sottrattiva | Additivo di produzione |
| Utilizzo materiale | Ospitare vari blocchi solidi, barre, aste di plastica, metalli | Vengono utilizzate resine termoplastiche, materiali ad alta resistenza, rigidi, elastici e colabili (simili alla cera). |
| Costi di attrezzatura e installazione | Costi di attrezzaggio più elevati, ma costi di installazione iniziali inferiori. | Costi di attrezzaggio inferiori, ma costi di installazione iniziale più elevati di circa $ 2000, $ 10000 per le stampanti 3D di fascia media |
| velocità di produzione | Solitamente più lento e più costoso per la produzione di lotti di grandi volumi. | In confronto, ha una velocità di produzione elevata ed è efficiente per grandi cicli di produzione. |
| Complessità progettuale | Permette di creare disegni geometrici complicati; ad esempio filettature, fori, viti e cilindri | Facilita inoltre la creazione di progetti complessi ma limitati a parti o componenti più dettagliati |
| Precisione | Tolleranza circa 0.025 mm | Tolleranza intorno a 0.1 mm |
Relativo a: Produzione additiva e sottrattiva
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Applicazioni della stampa 3D
La tecnologia della stampa 3D è così diffusa in diversi settori manifatturieri. È immensamente utilizzato nei settori aeronautico, automobilistico, edile, sanitario, di prototipazione e manifatturiero.
Aviation
Nei settori dell’aviazione e della difesa, la tecnologia di stampa 3D ha introdotto un modo preciso per modellare componenti critici degli aerei. Questi settori richiedono forme complesse e parti leggere per migliorare la funzionalità e le prestazioni dei vari componenti del motore. Pertanto, progettisti e fornitori OEM traggono vantaggio dalla sua redditività economica per produrre parti leggere in tempi brevi. Alcuni esempi includono controventi, supporti, pale di turbine e telai centrali, prototipi funzionali e componenti strutturali per sistemi di difesa.
automobile
La stampa 3D ha fatto esplodere l’industria automobilistica fornendo prototipazione rapida e componenti leggeri, in particolare per le automobili da corsa. Settori affermati come Mitsubishi e Chemical, o BASF, hanno già introdotto la tecnologia di stampa 3D. Generalmente, la modellazione a deposizione fusa viene utilizzata per costruire prototipi di stampa 3D personalizzati e parti per l'uso finale. Alcuni esempi comuni includono cruscotti di automobili, condotti HVAC, prese d'aria e accessori per prototipi di sedili interni.
Prototipazione e produzione
Prototipi stampati in 3D
In confronto a Stampa 3D vs. Stampaggio a iniezione, gli stampi a iniezione richiedono solitamente diverse settimane per essere prodotti. Pertanto, questi stampi, in generale, sono più costosi della stampa 3D e costano da $ 100 a $ 1000. Come discusso in precedenza, lo scopo principale dell’utilizzo della stampa 3D è creare prototipi di forme complesse. Ulteriore, Gatti stampati in 3D, estetico modelli complessi per i consumatori e le esigenze architettoniche possono essere realizzati attraverso la stampa 3D.
Queste tecniche avanzate di funzionalità possono produrre parti in poche ore, il tutto con un budget accessibile. Inoltre, la stampa 3D personalizzata è ideale per creare prototipi per testare e iterare i primi progetti. Le tecniche più redditizie per realizzare prototipi sono SLS e DMLS.
Medicare
Struttura ossea stampata in 3D
Nel settore sanitario, le stampanti 3D vengono utilizzate per la progettazione di dispositivi per l'ortopedia e di impianti per la fusione di corone dentali in metallo. Inoltre, aiuta a produrre strumenti e strutture di impalcatura di strutture umane. Queste impalcature forniscono alle cellule e ai tessuti una struttura per crescere e rigenerare i tessuti. Inoltre, la stampa 3D personalizzata aiuta a replicare protesi personalizzate e dispositivi specifici per il paziente; ad esempio; apparecchi acustici e plantari plantari. Oltre a ciò, anche ossa, pelle, tessuti e organi stampati in 3D contribuiscono alla cura del paziente.
Tecnologia di stampa 3D per l'edilizia
Tecnologia di stampa 3D per l'edilizia
Le industrie edili utilizzano in genere le "stampanti 3D per l'edilizia" per la rilegatura elettrica e le prospettive di spruzzatura. Queste stampanti funzionano tramite estrusori con bracci robotici controllati e sistemi a portale per creare delicatamente modelli di costruzione, piccole strutture e componenti di costruzione. Oltre a ciò, la stampa 3D è una soluzione economica per creare modelli di costruzione più complessi e migliorare l’integrazione funzionale riducendo al minimo gli sprechi e i requisiti di manodopera.
Servizi di stampa 3D presso Boda
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Riassumendo
La stampa 3D offre numerosi vantaggi nella produzione rapida di prototipi per componenti medici, aeronautici e automobilistici. Questa tecnica di produzione additiva utilizza molteplici materiali di stampa 3D, dalla plastica, alla ceramica e agli edibili fino ai metalli esotici come; titanio, tungsteno e rame.
Queste stampanti hanno migliorato le possibilità di produrre vari componenti e soddisfare le richieste del mercato post-vendita che un tempo erano difficili per le tecniche convenzionali come la fusione, la lavorazione meccanica e lo stampaggio a iniezione. Inoltre, hanno ridotto i tempi del ciclo produttivo. Questo articolo contiene una visione completa della tecnologia di stampa 3D da un aspetto più profondo. Pertanto, puoi ottenere informazioni preziose sull’emergere della tecnologia di stampa 3D e sulla sua utilità.
DOMANDE FREQUENTI
Q1. Quali sono i limiti della stampa 3D?
Oltre ai vantaggi, la stampa 3D presenta anche alcune limitazioni. Questi includono; opzioni di materiali limitate, requisiti di post-elaborazione e aumento dei costi per volumi elevati.
Q2. Quali materiali plastici sono flessibili per la stampa 3D?
Sono considerati compatibili i materiali termoplastici e i materiali flessibili per la stampa 3D. Alcuni dei comuni includono; poliuretano, policarbonato e plastiche ad alte prestazioni come PEEK e acidi polilattici (PLA). Tra questi i filamenti PLA sono per lo più estrusi nelle applicazioni di stampa 3D. Impara di più riguardo Padroneggiare la stampa 3D: una guida ai migliori materiali PLA.
Q3. Ci sono progressi in corso oltre la stampa 3D?
Sì, il futuro riserva nuovi progressi come la stampa 4D e 5D nella produzione additiva. È probabile che queste innovazioni contribuiscano a ridurre il peso dei componenti e a ottimizzare le prestazioni delle stampanti 3D per realizzare prodotti in breve tempo.
Q4. Quali sono i vantaggi della stampa 3D?
Le stampanti 3D offrono una personalizzazione completa nella produzione di parti. Queste stampanti seguono linee guida automatizzate per creare prodotti in modo impeccabile. Inoltre, è notevolmente ideale per la progettazione di prototipi per vari prodotti finali per uso industriale.
Q5. Quali sono i principali problemi causati durante lo sviluppo del prodotto di stampa 3D?
Sebbene le stampanti 3D siano precise e producano con precisione forme complesse, i parametri di processo come la temperatura, la velocità di stampa e l’aggrovigliamento dei filamenti sono i problemi principali durante il processo di stampa 3D.
Gestione
- Shahabudin, TC Lee, R. Ramlan, (2019): Una panoramica sulla tecnologia di stampa 3D: tecnologia, materiali e applicazioni, produzione Procedia; Recuperato da: Science Direct.