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.
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
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 funzionava "stampando" strati sottili di un materiale che si indurivano se esposti alla luce ultravioletta.
La stampa 3D SLA, pur essendo la prima ad essere utilizzata, non è stata 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. 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, tuttavia hanno ricevuto l'appoggio dei makers. Si tratta di 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.
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 e con 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 economica e facile da usare e più gli hardware e i materiali migliorano per soddisfare le esigenze e le opportunità del mercato, i designer, gli ingegneri e altre persone stanno aggiungendo questa tecnologia ai loro flussi di lavoro durante tutto il processo di sviluppo.
Professionisti di vari settori 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.
Le stampanti 3D in resina sono classificate in tre macrocategorie: SLA, DLP e MSLA. Per confrontarle, continua la lettura.
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. In realtà, si è cercato di ovviare al problema della velocità di stampa inserendo due o più laser che possono lavorare in contemporanea. Questo processo di stampa però fa sì che si crei una linea di giunzione sui pezzi realizzati sull'intero piano.
Per MSLA (Masked Stereolithography) si intende 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, la MSLA polimerizza uno strato completo utilizzando contemporaneamente una matrice di LED ultravioletti (UV) e uno schermo LCD. Sebbene inizialmente fosse 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 alla velocità di produzione fino a 20 volte superiori con risultati qualitativi paragonabili.
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.
By Dsazer25 - Own work, CC BY-SA 4.0,
Ingegneri, progettisti, produttori e altri professionisti amano la stampa 3D in resina perché possono realizzare parti con dettagli fini, superfici lisce e ottenere il massimo livello di precisione e accuratezza oltre a proprietà meccaniche come isotropia, impermeabilità e versatilità del materiale. Ma vediamo con attenzione i suoi vantaggi:
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. Inoltre, gli assi X, Y e Z possono avere proprietà diverse.
Le stampanti 3D in resina realizzano parti che non sono curvate. L'isotropia di una parte in questo caso 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 funzionanti sempre allo stesso modo, il che è importante per parti come maschere e fissaggi, componenti per uso finale e prototipazione funzionale.
Gli oggetti stampati in 3D con resina risultano come un pezzo unico, anche se presentano parti solide o canali all'interno. La capacità di essere impermeabile 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 con il flusso di aria e fluidi nelle automobili oppure nella ricerca biomedica e di prodotti di consumo come gli elettrodomestici da cucina.
La stampa 3D in resina viene utilizzata da industrie come l'odontoiatria e la produzione classica per realizzare parti accurate e precise. Affinché il processo di stampa produca parti simili, è necessario non solo possedere una stampante adeguata, ma anche controllare attentamente le temperature di produzione e la qualità della resina.
Rispettando attentamente tali parametri della stampa 3D su resina, è possibile ottenere risultati precisi e con una tolleranza più alta rispetto a qualsiasi altra tecnologia di stampa 3D sul mercato.
Il serbatoio di resina riscaldato e l'ambiente di costruzione chiuso rendono ripetibile il processo e la stampa di componenti uguali. Rispetto alle tecnologie che utilizzano materiali termoplastici che fondono la materia prima, questa stampa garantisce a una temperatura inferiore una migliore precisione. Infatti, nella stereolitografia viene utilizzata la luce anziché il calore: il processo di stampa avviene quasi a temperatura ambiente, riducendo di molto i problemi di espansione e contrazione termica tipici delle altre tecnologie.
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 ad iniezione e l'estrusione.
La qualità superficiale delle resine è ottima per le applicazioni che richiedono una finitura liscia. Grazie a questo, le operazioni di post processing come il levigare, il lucidare o verniciare le parti sono più facili e veloci.
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 e in genere si cerca un 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 è necessario considerare 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 visibili, mentre le stampe SLS hanno una superficie granulosa in cui la polvere è stata sinterizzata.
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 di quello dentale, oppure possono adattarsi a diversi ambiti in maniera trasversale. Questi materiali sono realizzati in modo che siano versatili e che funzionino adeguatamente anche quando vengono spinti verso prestazioni nuove ed innovative.
In alcuni casi, le aziende realizzano i pezzi internamente, ma in maniera limitata alle singole applicazioni. Infatti, molte strutture si sono rese conto che il know-how da avere per tutte queste diverse soluzioni può essere più costoso di un servizio online di stampa 3D in resina, che permette di avere agevolmente dei pezzi di alta qualità.
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