La stampa 3D è versatile, ma ci si chiede se le stampanti 3D stampino solo plastica. Questo articolo analizzerà i tipi di materiali che le stampanti 3D possono utilizzare.

Le stampanti 3D consumer utilizzano principalmente materiali plastici come PLA, ABS o PETG, noti come termoplastici in quanto si ammorbidiscono e si induriscono a seconda della temperatura. Esistono molti altri materiali che si possono stampare in 3D con diverse tecnologie di stampa 3D, come SLS o DMLS per i metalli. È possibile stampare in 3D anche cemento e cera.

In questo articolo ho inserito altre informazioni utili sui materiali utilizzati nella stampa 3D, quindi continuate a leggere per saperne di più.

Cosa usano le stampanti 3D come inchiostro?

Se vi siete mai chiesti che cosa usano le stampanti 3D per l'inchiostro, ecco la risposta più semplice: le stampanti 3D utilizzano tre tipi di materiali di base per l'inchiostro, ossia;

• Termoplastica (filamento)
• Resina
• Polveri

Questi materiali utilizzano diversi tipi di stampanti 3D per la stampa e, man mano che procediamo, daremo un'occhiata a ciascuno di questi materiali.

Termoplastica (filamento)

I termoplastici sono un tipo di polimero che diventa malleabile o modellabile quando viene riscaldato a una particolare temperatura e si indurisce quando viene raffreddato.

Quando si parla di stampa 3D, i filamenti o i materiali termoplastici sono quelli che le stampanti 3D utilizzano come "inchiostro" o materiale per creare oggetti 3D, grazie a una tecnologia chiamata Fused Deposition Modeling o stampa 3D FDM.

È probabilmente il tipo di stampa 3D più semplice in circolazione, poiché non richiede un processo complesso, ma solo il riscaldamento del filamento.

Il filamento più utilizzato è il PLA o acido polilattico, mentre i filamenti più diffusi sono ABS, PETG, TPU e Nylon.

È possibile ottenere tutti i tipi di filamento, nonché diversi ibridi e colori, quindi esiste davvero un'ampia gamma di materiali termoplastici con cui è possibile stampare in 3D.

Un esempio è questo filamento di nylon riempito di fibra di carbonio SainSmart Black ePA-CF su Amazon.

Alcuni filamenti sono più difficili da stampare di altri e hanno proprietà molto diverse che si possono scegliere in base al progetto.

La stampa 3D con filamenti termoplastici prevede che il materiale venga alimentato meccanicamente attraverso un tubo con un estrusore, che poi entra in una camera di riscaldamento chiamata hotend.

L'hotend viene riscaldato a una temperatura alla quale il filamento si ammorbidisce e può essere estruso attraverso un piccolo foro in un ugello, solitamente di 0,4 mm di diametro.

La stampante 3D funziona sulla base di istruzioni chiamate file G-Code che indicano esattamente alla stampante 3D la temperatura da raggiungere, la posizione della testina di stampa, il livello delle ventole di raffreddamento e ogni altra istruzione che fa funzionare la stampante 3D.

I file G-Code vengono creati attraverso l'elaborazione di un file STL, che si può facilmente scaricare da un sito web come Thingiverse. Il software di elaborazione si chiama slicer, il più diffuso per la stampa FDM è Cura.

Ecco un breve video che mostra il processo di stampa 3D a filamento dall'inizio alla fine.

Ho scritto un post completo intitolato "Ultimate 3D Printing Filament & Materials Guide" che illustra diversi tipi di filamenti e materiali per la stampa 3D.

Resina

Il successivo "inchiostro" utilizzato dalle stampanti 3D è un materiale chiamato resina fotopolimerica, un liquido termoindurente sensibile alla luce che si solidifica quando viene esposto a determinate lunghezze d'onda della luce UV (405 nm).

Queste resine sono diverse dalle resine epossidiche, che di solito vengono utilizzate per l'artigianato e per progetti simili.

Le resine per la stampa 3D sono utilizzate in una tecnologia di stampa 3D chiamata SLA o Stereolitografia, che offre agli utenti un livello di dettaglio e risoluzione molto più elevato grazie al modo in cui ogni strato viene formato.

Le più comuni resine per la stampa 3D sono la resina standard, la resina rapida, la resina simile all'ABS, la resina flessibile, la resina lavabile in acqua e la resina resistente.

Ho scritto un post più approfondito su Quali sono i tipi di resina per la stampa 3D? Migliori marche e tipi, quindi non esitate a consultarlo per maggiori dettagli.

Ecco il processo di funzionamento delle stampanti 3D SLA:

• Una volta assemblata la stampante 3D, si versa la resina nel tino della resina, un contenitore che contiene la resina sopra lo schermo LCD.
• La piastra di costruzione si abbassa nella vasca di resina e crea un collegamento con lo strato di film nella vasca di resina.
• Il file di stampa 3D creato invierà le istruzioni per illuminare un'immagine specifica che creerà il livello.
• Questo strato di luce indurrà la resina
• La piastra di costruzione si solleva e crea una pressione di aspirazione che stacca lo strato creato dalla pellicola del tino di resina e si attacca alla piastra di costruzione.
• Continuerà a creare ogni strato esponendo un'immagine luminosa fino alla creazione dell'oggetto 3D.

In sostanza, le stampe 3D SLA vengono create al contrario.

Le stampanti 3D SLA possono creare dettagli sorprendenti grazie alla possibilità di avere risoluzioni fino a 0,01 mm o 10 micron, ma la risoluzione standard è solitamente di 0,05 mm o 50 micron.

Le stampanti 3D FDM hanno di solito una risoluzione standard di 0,2 mm, ma alcune macchine di alta qualità possono raggiungere 0,05 mm.

La sicurezza è importante quando si tratta di resina, perché ha una certa tossicità quando viene a contatto con la pelle. È necessario utilizzare guanti in nitrile quando si maneggia la resina per evitare il contatto con la pelle.

La stampa 3D in resina ha un processo più lungo a causa della necessaria post-elaborazione: è necessario lavare via la resina non polimerizzata, pulire i supporti necessari per la stampa 3D di modelli in resina, quindi polimerizzare la parte con una luce UV esterna per indurire l'oggetto stampato in 3D.

Polveri

Un settore meno comune, ma in crescita, della stampa 3D è l'utilizzo di polveri come "inchiostro".

Le polveri utilizzate nella stampa 3D possono essere polimeri o anche metalli ridotti in particelle sottili. Le qualità della polvere metallica utilizzata e il processo di stampa determinano il risultato della stampa.

Esistono diversi tipi di polveri che possono essere utilizzate nella stampa 3D, come il nylon, l'acciaio inossidabile, l'alluminio, il ferro, il titanio, il cromo cobalto e molti altri.

Un sito web chiamato Inoxia vende molti tipi di polveri metalliche.

Esistono anche diverse tecniche che possono essere utilizzate nella stampa 3D con polveri, come SLS (Selective Laser Sintering), EBM (Electron Beam Melting), Binder Jetting e BPE (Bound Powder Extrusion).

La più diffusa è la tecnica di sinterizzazione nota come Selective Laser Sintering (SLS).

Il processo di sinterizzazione laser selettiva avviene come segue:

• Il serbatoio della polvere è riempito con una polvere termoplastica, in genere nylon (particelle rotonde e lisce).
• Uno spargitore di polvere (una lama o un rullo) distribuisce la polvere per creare uno strato sottile e uniforme sulla piattaforma di costruzione.
• Il laser riscalda selettivamente parti dell'area di costruzione per fondere la polvere in modo definito.
• La piastra di costruzione si sposta verso il basso con ogni strato, dove la polvere viene nuovamente distribuita per una nuova sinterizzazione dal laser.
• Questo processo viene ripetuto fino al completamento della parte
• La stampa finale sarà racchiusa in un guscio di polvere di nylon che può essere rimosso con un pennello.
• È quindi possibile utilizzare un sistema speciale che utilizza qualcosa come l'aria ad alta potenza per pulire il resto del materiale.

Ecco un breve video su come si presenta il processo SLS.

Il processo avviene sinterizzando la polvere per formare parti solide più porose rispetto al punto di fusione. Ciò significa che le particelle di polvere vengono riscaldate in modo che le superfici si saldino tra loro. Un vantaggio di questo processo è la possibilità di combinare materiali con la plastica per produrre stampe 3D.

È possibile stampare in 3D con polveri metalliche utilizzando tecnologie come DMLS, SLM e EBM.

Le stampanti 3D possono stampare solo plastica?

Sebbene la plastica sia il materiale più comunemente utilizzato nella stampa 3D, le stampanti 3D possono stampare materiali diversi dalla plastica.

Altri materiali che possono essere utilizzati nella stampa 3D sono:

• Resina
• Polvere (polimeri & metalli)
• Grafite
• Fibra di carbonio
• Titanio
• Alluminio
• Argento e oro
• Cioccolato
• Cellule staminali
• Ferro
• Legno
• Cera
• Calcestruzzo

Per le stampanti FDM, solo alcuni di questi materiali possono essere riscaldati e ammorbiditi piuttosto che bruciati, in modo da poter essere spinti fuori da un hotend. Esistono molte tecnologie di stampa 3D che ampliano le capacità dei materiali che le persone possono creare.

La principale è rappresentata dalle stampanti 3D SLS che utilizzano la polvere con la tecnica della sinterizzazione laser per realizzare stampe 3D.

Anche le stampanti 3D a resina sono comunemente utilizzate per scopi domestici e commerciali. Si tratta di utilizzare il processo di fotopolimerizzazione per solidificare la resina liquida con la luce UV, che poi passa attraverso la post-elaborazione per ottenere una finitura di alta qualità.

Le stampanti 3D non possono stampare solo plastica, ma anche altri materiali, a seconda del tipo di stampante 3D in questione. Se si desidera stampare uno degli altri materiali elencati sopra, è necessario procurarsi la tecnologia di stampa 3D pertinente.

Le stampanti 3D possono stampare qualsiasi materiale?

I materiali che possono essere ammorbiditi ed estrusi attraverso un ugello, o i metalli in polvere, possono essere legati insieme per formare un oggetto. Finché il materiale può essere stratificato o impilato l'uno sull'altro, può essere stampato in 3D, ma molti oggetti non corrispondono a queste caratteristiche. Il calcestruzzo può essere stampato in 3D poiché inizia in modo morbido.

Le case stampate in 3D sono fatte di cemento che viene mescolato ed estruso attraverso un ugello molto grande e che si indurisce dopo qualche tempo.

Nel corso del tempo, la stampa 3D ha introdotto molti nuovi materiali, come il cemento, la cera, il cioccolato e persino materiali biologici come le cellule staminali.

Ecco come appare una casa stampata in 3D.

È possibile stampare denaro in 3D?

No, non è possibile stampare denaro in 3D a causa del processo di produzione della stampa 3D e dei contrassegni incorporati nel denaro che lo rendono anticontraffazione. Le stampanti 3D creano principalmente oggetti in plastica utilizzando materiali come il PLA o l'ABS e non possono assolutamente stampare in 3D la carta. È possibile stampare in 3D monete di metallo.

Il denaro è fatto con molti segni e fili incorporati che una stampante 3D potrebbe non essere in grado di riprodurre accuratamente. Anche se una stampante 3D può essere in grado di produrre ciò che sembra denaro, le stampe non possono essere utilizzate come denaro perché non hanno le qualità uniche che compongono una banconota.

Il denaro è stampato su carta e la maggior parte delle stampe 3D sono stampate in plastica o resina solidificata. Questi materiali non possono funzionare come la carta e non possono essere maneggiati come si farebbe con il denaro.

Le ricerche dimostrano che la moneta moderna della maggior parte dei Paesi del mondo è dotata di almeno 6 tecnologie diverse. Nessuna stampante 3D sarà in grado di supportare più di uno o due di questi metodi necessari per stampare accuratamente la banconota.

La maggior parte dei Paesi, in particolare gli Stati Uniti, sta costruendo banconote che incorporano le più recenti caratteristiche anticontraffazione di alta tecnologia, che renderanno difficile la stampa da parte di una stampante 3D. Questo può essere possibile solo se la stampante 3D dispone della tecnologia necessaria per stampare la banconota in questione.

Una stampante 3D può solo cercare di stampare un'imitazione del denaro e non ha la tecnologia o i materiali adatti per stamparlo.

Molte persone creano monete di scena utilizzando un materiale plastico come il PLA e dipingendolo poi a spruzzo con una vernice metallizzata.

Altri parlano di una tecnica che consente di creare uno stampo 3D e di utilizzare argille di metalli preziosi, pressando l'argilla in una forma e poi cuocendola nel metallo.

Ecco uno YouTuber che ha creato una moneta D&D con la scritta "Yes" & "No" su ciascuna estremità. Ha realizzato un semplice disegno con un software CAD, poi ha creato uno script in cui la moneta stampata in 3D si ferma per poter inserire una rondella all'interno per renderla più pesante, quindi rifinisce il resto della moneta.

Ecco un esempio di file Bitcoin stampato in 3D da Thingiverse che potete scaricare e stampare voi stessi in 3D.