Skip to the main content.

6 minuti di lettura

Che cos'è la stampa 3D su resina?

stampa 3d resina

Come funziona? A cosa serve?

 

La stereolitografia è una tipologia di stampa 3D chiamata fotopolimerizzazione che è anche chiamata genericamente stampa 3D su resina. Tutte queste stampanti funzionano utilizzando una sorgente luminosa, come un laser, un proiettore o una luce UV, per trasformare diversi tipi di materiali di stampa liquidi in plastica solida. Questa guida stampa 3D resina cercherà di aiutarti a capire come funziona.

stampa 3d resina

 

Com'è nata la stereolitografia?

Il dottor Hideo Kodama, un ricercatore giapponese, ha avuto l'idea della costruzione a strati stereolitografica negli anni '70. Riuscì ad ottenere i primi pezzi 3D indurendo polimeri fotosensibili con la luce UV.

Hideo Kodama stereolitografia

Hideo Kodama

Fu poi Charles W. Hull ad inventare la parola "stereolitografia". Nel 1986 ottenne il brevetto per la tecnologia e fondò 3D Systems per venderla. Hull disse che il metodo funziona "stampando" strati sottili di un materiale che si induriscono se esposti alla luce ultravioletta.

La stampa 3D SLA, pur essendo la prima ad essere utilizzata, non è stato il primo metodo di stampa 3D ampiamente e popolarmente utilizzato. Quando i brevetti hanno iniziato a scadere nel 2009, la stampa 3D desktop di piccolo formato ha reso la produzione additiva più accessibile, ma in realtà è stata la modellazione a deposizione fusa (FDM) la prima tecnica di produzione additiva ad essere utilizzata su piattaforme desktop.

Le stampanti 3D FDM (Fused Deposition Modeling) però non soddisfano tutte le esigenze professionali, ma hanno il merito del boom dei makers; persone che hanno preso coscienza e accettato la stampa 3D come un modo nuovo di realizzare parti e che non avevano le disponibilità economiche per acquistare la tecnologia SLA.

 

Quali vantaggi offrono i pezzi stampati su resina?

Le parti stampate in 3D con resina offrono la migliore risoluzione, precisione, dettagli più nitidi e finiture superficiali più lisce di qualsiasi tecnica utilizzata per la stampa 3D anche se al costo di una post produzione legata alla rimozione dei supporti.

Oltre a questo negli ultimi anni, i produttori di materiali hanno sviluppato nuovi processi per la produzione di nuovi tipi di resine che presentano un ampio spettro di proprietà ottiche, meccaniche e termiche paragonabili a quelle delle termoplastiche convenzionali, con sempre nuove applicazioni ingegneristiche e industriali.

Man mano che la stampa 3D in resina migliora, cambia il modo in cui i prototipi e i prodotti vengono realizzati nelle aziende. Più la tecnologia diventa più economica e più facile da usare e che hardware e materiali migliorano per soddisfare le esigenze e le opportunità del mercato, designer, ingegneri e altre persone stanno aggiungendo questa tecnologia ai loro flussi di lavoro durante tutto il processo di sviluppo.

Professionisti in tutti i tipi di campi utilizzano questo processo di stampa 3D ad alta risoluzione e precisione per sviluppare prototipi e produzioni più velocemente, migliorare i processi di produzione e persino elaborare modelli di business completamente nuovi.

Infine, questo processo di stampa 3D di alta qualità può ora essere utilizzato per realizzare prototipi perfettamente funzionanti, anche con alcune resine standard e può anche finalmente competere con lo stampaggio a iniezione per piccole tirature.

 

Come funziona una stampante in resina? Quali sono le diverse tecnologie stereolitografiche?

Le stampanti 3D in resina sono classificate in tre macrocategorie: SLA, DLP e MSLA. Per confrontarle, continua la lettura

1. Come funziona la tecnologia SLA?

La stereolitografia (SLA) è il metodo più tradizionale di stampa 3D. Funziona esponendo uno strato di resina liquida fotosensibile ad un raggio laser UV; la resina si solidifica nel modello desiderato e l'oggetto viene creato strato dopo strato fino a quando non è finito. Ciò consente di stampare un modello con ottimi dettagli.

La qualità di questa tecnologia varia molto a seconda del tipo di stampante. Per quanto questa tecnologia si sia evoluta comincia a diventare obsoleta per la sua lentezza, infatti il raggio laser deve disegnare ogni singolo layer come una matita, e per il limitato volume di stampa dovuti all'ovalizzazione dello spot laser ai margini della costruzione. In realtà si è cercato di ovviare al problema della dimensione del piano di stampa inserendo due o più laser che però non impediscono di vedere una linea di giunzione nei pezzi realizzati sull'intero piano.

2. Come funziona la tecnologia MSLA?

MSLA (Masked Stereolithography) è sempre stereolitografia ma mentre la tecnologia SLA utilizza un laser per tracciare gli strati ed è spesso riservato alle applicazioni industriali a causa del suo costo elevato, MSLA polimerizza uno strato completo contemporaneamente utilizzando una matrice di LED ultravioletti (UV) e uno schermo LCD. All'inizio limitata dalla scarsa luminosità degli schermi LCD e dalla loro scarsa risoluzione, adesso sta sostituendo la SLA grazie all'enorme miglioramento degli schermi LCD ed a una velocità di produzione fino a 20 volte superiori con risultati qualitativi paragonabili.

3. Come funziona la tecnologia DLP?

Digital Light Processing (DLP) ha rappresentato un elemento intermedio di evoluzione tra la tecnologia SLA e MSLA. Questa tecnologia è intrinsecamente più veloce della SLA: in pochi secondi è possibile produrre uno strato di materiale indurito e trasferirlo rapidamente per consentire la stampa dello strato successivo. Le stampanti 3D DLP, induriscono la resina liquida utilizzando lampade ad arco anziché un raggio laser UV accelerando di molto la produzione anche se non ai livelli delle ultime stampanti MSLA.

MSLA vs SLABy Dsazer25 - Own work, CC BY-SA 4.0,

 

5 solidi motivi per scegliere la stampa 3D su resina:

Ingegneri, progettisti, produttori e altri professionisti amano la stampa 3D in resina perché possono realizzare parti con dettagli fini, superfici lisce e il massimo livello di precisione e accuratezza oltre a proprietà meccaniche come isotropia, impermeabilità e versatilità del materiale. Ma vediamo di mettere in ordine i vantaggi:

1.Isotropia

Poiché la stampa 3D crea le parti sovrapponendo strati di materiale, le prestazioni meccaniche possono dipendere da come la parte è orientata in relazione al processo di stampa e gli assi X, Y e Z possono avere proprietà diverse.

Le stampanti 3D in resina realizzano parti che riducono di molto questo problema. L'isotropia di una parte qui dipende da una serie di fattori che possono essere strettamente controllati combinando la chimica del materiale con il processo di stampa. Durante questo tipo di processo di stampa, le parti della resina formano legami covalenti che migliorano le prestazioni sull'asse verticale.

Questi legami rendono la parte isotropica e impermeabile quando è completamente indurita. A livello atomico, i piani X, Y e Z sono tutti uguali. Ciò rende le parti che funzionano sempre allo stesso modo, il che è importante per cose come maschere e fissaggi, parti per uso finale e prototipazione funzionale.

stampa 3d resina esempio

2.Impermeabilità

Gli oggetti stampati in 3D con resina sono un pezzo unico, anche se hanno parti solide o canali all'interno. Questa capacità di tenere fuori l'acqua è importante per le attività di ingegneria e produzione che implicano il controllo e la previsione del flusso di aria o fluidi. Ingegneri e progettisti sfruttano questa importante proprietà per risolvere problemi ad esempio con il flusso di aria e fluidi nelle automobili oppure nella ricerca biomedica e nei prodotti di consumo come gli elettrodomestici da cucina.

 

3.Precisione e tolleranza

La stampa 3D in resina viene utilizzata da industrie come l'odontoiatria e la produzione classica per realizzare parti sempre accurate e precise. Affinché il processo di stampa produca parti accurate e precise, è necessario non solo possedere una stampante adeguata ma anche controllare attentamente temperature di produzione e qualità della resina.

Rispettando attentamente tali parametri con la stampa 3D su resina si ottengono la precisione e le tolleranza più alte rispetto a qualsiasi altra tecnologia di stampa 3D sul mercato.

Il serbatoio resina riscaldato e l'ambiente di costruzione chiuso facilitano di per se stelle che ogni stampa sia quasi esattamente la stessa. Rispetto alle tecnologie che utilizzano materiali termoplastici che fondono la materia prima, questa stampa a una temperatura inferiore garantisce anche una migliore precisione. Infatti nella stereolitografia viene utilizzata la luce anziché il calore, quindi il processo di stampa avviene praticamente a temperatura ambiente riducendo quindi di molto i problemi di espansione e contrazione termica tipici delle atre tecnologie.

stampa 3d resina esempio

4.Dettaglio e superficie liscia

Quando si tratta di realizzare superfici lisce la tecnologia stereolitografica è di sicuro la migliore e spesso i pezzi danno l'impressione di essere realizzati con metodi tradizionali come la lavorazione meccanica, lo stampaggio a iniezione e l'estrusione.

La qualità della superficie delle resine è ottima quindi per le applicazioni che richiedono una finitura liscia e questo ottimo punto di partenza rende anche più facile e veloce il post processing come levigare, lucidare o verniciare le parti.

Ma com'è il rapporto tra risoluzione effettiva e risultato finale? In generale la risoluzione di una stampante 3D è misurata dall'altezza dello strato dell'asse Z. Nelle stampanti a resina questo può essere compresa tra 5 e 300 micron ed in genere si cerca un compromesso compromesso tra velocità e qualità attorno ai 100 micron.

Le stampanti FDM e SLS di solito stampano strati dell'asse Z con uno spessore compreso tra 100 e 300 micron ma va fortemente considerato che una parte realizzata a 100 micron con una stampante FDM o SLS avrà un aspetto decisamente peggiore rispetto a quello di una parte da 100 micron stampata con una stampante SLA.

Poiché le pareti perimetrali più esterne di una stampa SLA sono diritte e lo strato appena prodotto interagisce con lo strato precedente, l'effetto scala viene attenuato, conferendo a una stampa SLA una superficie più liscia subito dopo l'uscita dalla stampante. Le stampe FDM tendono ad avere strati facili da vedere, mentre le stampe SLS hanno una superficie granulosa in cui la polvere è stata sinterizzata.

 

5.Versatilità

È entusiasmante lavorare con le resine poiché ci sono così tante proprietà diverse che offrono infinite soluzioni a chi ha la pazienza e la perseveranza di cercarle. Le resine utilizzate nella stampa 3D possono essere morbide o dure, riempite con un'ampia varietà di altri materiali come vetro o ceramica o dotate di proprietà meccaniche come la deflessione ad alta temperatura o la resistenza agli urti.

I materiali utilizzati nel prototipo possono essere specifici del settore, come nel caso del settore dentale, oppure possono essere adattarsi a settori diversi trasversalmente. Questi materiali sono realizzati in modo che siano versatili e funzionare bene anche quando vengono spinti verso prestazioni nuove ed innovative.

In alcuni casi, le aziende realizzano i pezzi in casa ma sempre di più per singole applicazioni, infatti molte aziende si sono rese conto che il know-how per tutte queste diverse soluzioni può essere più costoso di un service di stampa 3D in resina che consegna pezzi sempre buoni e senza troppi stop-and-go.

stampa 3d resina esempio

Bibliografia

Photo-curing 3D printing technique and its challenges - science direct

Advances in SLA/DLP 3D printing materials and processes - green chemistry

stampa 3d peek esempio

4 minuti di lettura

Stampa 3D PEEK: tutto quello che serve sapere

La famiglia dei PAEK (poliarileterchetoni), di cui fa parte il PEEK, è nota per le sue elevate proprietà termomeccaniche ed è in cima alla lista dei...

Leggi l'articolo
stampa 3d resina

6 minuti di lettura

Che cos'è la stampa 3D su resina?

Come funziona? A cosa serve?

 

Leggi l'articolo

4 minuti di lettura

Cos'è l'acciaio inox?

Con una produzione di acciaio inossidabile di circa 52,2 milioni di tonnellate nel solo 2019, è chiaro che questo materiale è molto richiesto,...

Leggi l'articolo