La stampa 3D sta decollando definitivamente e promette di cambiare faccia all’industria manifatturiera.E lo fa a quasi settant’anni dal primo brevetto di un sistema di produzione additiva. Robert Rodrigues, Analog Applications Engineer di Texas Instruments, ci accompagna in un excursus storico sulla produzione additiva moderna.
Il primo antenato nacque nel 1956 dalla mente di John Munz, che sviluppò un metodo per “registrare” oggetti solidi in una resina mediante luce ultravioletta, battezzandolo “photo-glyph recording”. Trent’anni dopo, nel 1986, Chuck Hull unì la produzione computerizzata all’idea di Munz di una resina solidificabile mediante raggi ultravioletti, creando il primo processo di fabbricazione additiva, chiamato stereolitografia (SLA), che sfrutta un fascio laser controllato da computer per costruire un oggetto strato dopo strato in un bagno di resina fotoindurente.
Ora che i brevetti più importanti sono scaduti, l’innovazione nel settore della produzione additiva può determinare una crescita significativa del mercato. Ad esempio, fa notare Rodrigues, alcuni innovatori stanno riprendendo l’idea originale di Hull e rivoluzionando il processo con la tecnologia DLP (Digital Light Processing) di Texas Instruments.
Il cuore della tecnologia DLP è il dispositivo digitale a microspecchi (DMD-Digital Micromirror Device). Il DMD è un modulatore di luce spaziale (SLM) che consente di mascherare dinamicamente un’ampia area di luce per diversi scopi. Ad esempio, un DMD può essere utilizzato come SLM abbinato a una fonte luminosa ultravioletta per aumentare la risoluzione e la velocità di fabbricazione rispetto al metodo originale di stereolitografia creato nel 1986.
Imprimendo i singoli pixel, una stampante 3D con tecnologia DLP può realizzare “stampe” ad alta risoluzione.Le macchine SLA al laser possono arrivare a dimensioni dei voxel (pixel volumetrici) nell’ordine dei 100 micrometri (µm), mentre le stampanti con tecnologia DLP sono in grado di creare voxel di soli 30 µm.Questa maggiore risoluzione si traduce in finiture superficiali di alta qualità, che risultano più gradevoli al tatto e richiedono meno lavorazioni a valle rispetto ad altre tecniche di stampa 3D.
Le stampanti con tecnologia DLP possono generare oggetti ad alta risoluzione molto velocemente, soprattutto quelli con strati grandi e complessi,perché queste macchine producono un intero strato contemporaneamente, mentre le stampanti laser devono tracciare ogni singolo elemento dello strato.
Prendiamo ad esempio un singolo raggio laser da 100 µm che deve costruire oggetti con una larghezza superiore a un centimetro. Rodriguez spiega che serviranno oltre cento passaggi del laser per ogni strato. In pratica, centinaia di passaggi su centinaia di strati per realizzare un unico oggetto, rallentando notevolmente la tecnica SLA al laser. Al contrario, una stampante 3D con tecnologia DLP riduce la complessità dello strato e i tempi di costruzione imprimendo un intero strato in un solo passaggio, anche quando si devono produrre oggetti di grandi dimensioni.In altre parole, la capacità di imprimere tutto lo strato contemporaneamente fa sì che la complessità dell’oggetto o le sue dimensioni non influiscano sui tempi di produzione complessivi. Assicurando tempistiche indipendenti dalla complessità degli strati, le soluzioni con tecnologia DLP si candidano alla produzione diretta di parti (accanto alla prototipazione rapida), perché consentono di realizzare più parti contemporaneamente.Se l’area di stampa della macchina può contenere 10 pezzi, questi pezzi possono essere prodotti contemporaneamente senza allungare i tempi di produzione.
Le stampanti 3D con tecnologia DLP possono utilizzare un’ampia gamma di materiali stampabili per produzione diretta e prototipazione rapida.La stereolitografia funziona con monomeri acrilici mescolati a un fotoiniziatore che reagisce alla luce ultravioletta o visibile. Quando i fotoiniziatori vengono colpiti da fotoni ad alta energia, causano la polimerizzazione del monomero, che assume forma solida. Altri esempi di materiali stampabili sono ceramiche e metalli.La polvere ceramica viene aggiunta alla resina acrilica in proporzioni vicine a 1:1, sfruttando l’azione legante della resina. La resina carica di ceramica viene parzialmente solidificata, quanto basata per mantenere la forma dell’oggetto, utilizzando lo stesso metodo di stampa e le stesse apparecchiature della resina acrilica pura. La parte di ceramica viene quindi sinterizzata in un forno per estrarre il polimero e legare la ceramica, ottenendo un pezzo costituito da ceramica al 99%.L o stesso metodo può essere applicato con polveri metalliche e resine monomeriche acriliche per produrre pezzi metallici con lo stesso tipo di stampante.
Unendo alta risoluzione, scelta di materiali e velocità elevate, le stampanti con tecnologia DLP offrono benefici praticamente in tutte le aree della stampa 3D, ad esempio macchine di fascia alta per realtà industriali e studi professionali, modelli di largo consumo affidabili e stampanti 3D personali. Mentre il mondo pregusta l’innovazione della produzione additiva, i limiti storici della tecnica di stereolitografia possono essere superati con la tecnologia DLP, realizzando una delle tecniche di produzione additiva più raffinate.
