La stampa 3D del futuro

Esempi di alcuni componenti realizzati con la Printoptical Technology (fonte: https://www.trinckle.com/blog/luxexcel-3dp-lenses).

Sul mercato, accanto ai sistemi di stampa 3D consolidati, sono apparsi negli ultimi tempi alcuni interessanti processi emergenti. La maggior parte di questi è ancora in fase di sviluppo e non è stata dunque commercializzata, tuttavia è interessante conoscerli per poter individuare in prospettiva i campi di applicazione.

Il mondo dell’additive manufacturing ha, ormai, dei punti di riferimento tecnologici che sono rappresentati dalle varie soluzioni di fabbricazione additiva presenti sul mercato. Volendosi riferire ai materiali polimerici, le tre macro-famiglie di tecnologie additive più consolidate sono:

1- Le tecniche a filamento (FDM) con le quali si realizzano prototipi e parti definitive. Esse sono molto versatili, semplici da utilizzare e con costi di gestione e ammortamento delle macchine molto contenuti. Hanno, però, un limite: la velocità di stampa.

2- Le tecniche che utilizzano fotopolimeri (SLA, DLP, Polyjet e Project…) sono ideali per impieghi nel mondo della prototipazione estetica e funzionale: infatti, le parti così realizzate hanno una finitura superficiale molto fine. Tuttavia, utilizzando i fotopolimeri, le parti non sono utilizzabili come componenti finali per una questione di ecosostenibilità (i fotopolimeri sono dei materiali plastici termoindurenti e quindi non riciclabili) e di durata nel tempo (i componenti così realizzati sono fotosensibili e pertanto tenderanno a perdere le loro caratteristiche estetiche e meccaniche molto velocemente subito dopo il processo di stampa).

3- Le tecniche che utilizzano polveri (SLS e Multijet Fusion). Si tratta di tecnologie molto veloci e produttive, che utilizzano materiali definitivi e prestazioni adeguate ai listini. Presentano, però, alcuni limiti nella gestione della materia prima e della loro riutilizzabilità (polveri) e della sicurezza (le particelle possono essere nocive).

Non dimentichiamo, inoltre, la questione legata al volume di lavoro che, ad oggi, non va oltre il metro cubo in alcuni sistemi FDM.

I margini di miglioramento, dunque, ci sono e le attività di ricerca nel settore della fabbricazione additiva, come testimoniato dall’elevato numero di brevetti che vengono depositati ogni anno, sono da sempre fonte di soluzioni innovative che in alcuni casi trovano applicazioni industriali nel breve termine. Le idee, invece, che non vengono sviluppate nell’immediato non devono comunque essere trascurate, dal momento che potrebbero diventare utilizzabili nel prossimo futuro.

In questo articolo, verranno analizzate tre tecnologie emergenti delle quali non si sa ancora molto, ma sicuramente interessanti:

High Speed Sintering (HSS);

Printoptical Technology (PT).

High Speed Sintering (HSS)

Si tratta di un processo basato sul letto di polveri e può essere considerato come un’ibridazione del Selective Laser Sintering (del quale viene sfruttata la possibilità di realizzare forme geometriche particolarmente complesse) e del 3Dimensional printing (Binder Jetting, della quale viene sfruttata la velocità di produzione). Tramite una testina di stampa, viene depositato, in modo selettivo sulla polvere, un inchiostro sensibile all’infrarosso. Completata la deposizione, la camera viene irradiata con lampade all’infrarosso, le particelle di inchiostro assorbono le radiazioni e determinano la fusione delle polveri per realizzare la sezione del pezzo. Rispetto al processo di SLS, come detto sopra, si ha una maggior velocità di costruzione e minori costi di investimento e gestione del sistema. In prospettiva, è destinato alla produzione rapida di piccole serie in materiale termoplastico. È stato sviluppato dal Prof. Neil Hopkinson dell’Università di Loughborough (UK), grazie ad un corposo finanziamento pubblico del Physical Sciences Research Council. Al momento è in atto un programma che deve portare alla commercializzazione della tecnologia e sono in fase di individuazione una serie di clienti presso i quali avviare i primi test di produzione, realizzando, quindi, dei casi di studio reali. La Voxel Jet, sotto questo punto di vista, è già molto avanti.

Printoptical Technology

Questa tecnologia permette la fabbricazione additiva di lenti ottiche (molto costose)
come le Fresnel. È stata sviluppata e ingegnerizzata dalla società olandese LUXeXceL Group B.V. e utilizza come principio la stampa a getto (Polyjet), ma la principale differenza è il materiale. È una tecnologia ancora in fase di sviluppo. La testa di stampa depone gocce di fotopolimero trasparente e lo strato viene solidificato tramite una potente lampada UV solidale e integrata nella testa di stampa. È possibile realizzare ottiche di qualsiasi geometria sia trasparenti che colorate con un’opportuna texture.

Al momento i principali settori di impiego sono la produzione di lenti per lampade a LED, la grafica pubblicitaria e l’arte digitale. I prodotti realizzati non sono riciclabili. Il cuore della tecnologia è rappresentato dalla testina piezoelettrica con una risoluzione di stampa minima di 1440 dpi. La risoluzione permette di ottenere superfici perfettamente lisce. Le proprietà ottiche vengono date nella fase di costruzione e non sono necessari trattamenti di finitura manuale. Con la Printoptical Technology è possibile produrre lenti ottiche personalizzate senza la necessità di costruire stampi, difficilmente ammortizzabili per basse produzioni.

 

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