La produzione additiva, o stampa 3D, riduce i costi e i tempi e permette di superare i limiti dei processi di fabbricazione per lo sviluppo dei prodotti. Da modelli concettuali e prototipi funzionali nei processi di prototipazione rapida fino a dime, fissaggi o addirittura parti per utilizzo finale nella produzione, le tecnologie di stampa 3D offrono soluzioni versatili adatte a un'ampia gamma di applicazioni.
Negli ultimi anni le stampanti 3D ad alta risoluzione sono diventate meno costose, più affidabili e più facili da usare. Di conseguenza, questa tecnologia è ora accessibile a molte aziende, ma scegliere tra le diverse soluzioni disponibili non è sempre facile.
Quale tipo di tecnologia è più adatto a una specifica applicazione? Quali materiali sono disponibili? Quali attrezzature e che tipo di formazione sono essenziali per iniziare? E quali sono i costi e il ritorno d'investimento?
In questo articolo analizziamo le tre tecnologie di stampa 3D con materiali plastici attualmente più in uso: modellazione a deposizione fusa (FDM), stereolitografia (SLA) e sinterizzazione laser selettiva (SLS).
Non sai se scegliere una stampante 3D SLA o FDM? Consulta il nostro confronto approfondito tra FDM e SLA.
Come scegliere una tecnologia di stampa 3D
Non sai quale tecnologia di stampa 3D è più adatta alle tue esigenze? In questa guida confrontiamo le tecnologie FDM, SLA ed SLS in base alle valutazioni di acquisto più comuni.
Modellazione a deposizione fusa (FDM)
La modellazione a deposizione fusa (FDM), nota anche come fabbricazione a fusione di filamento (FFF), è la tecnologia di stampa 3D più diffusa tra i consumatori, soprattutto grazie a un numero crescente di stampanti 3D per hobbisti. Le stampanti 3D FDM creano le parti fondendo ed estrudendo un filamento termoplastico, che un ugello di stampa deposita strato per strato nell'area di stampa.
La FDM può essere utilizzata con una vasta gamma di termoplastiche standard, come ABS, PLA e le loro varie miscele. Questa tecnologia è adatta per modelli Proof-of-Concept di base, nonché per la prototipazione veloce e a basso costo di parti semplici, come quelle che potrebbero essere sottoposte a lavorazione meccanica.
Le linee degli strati tendono a essere visibili nelle parti realizzate con la stampa 3D FDM, che possono anche presentare imprecisioni attorno ai dettagli complessi. Questo esempio è stato realizzato con una stampante 3D FDM industriale uPrint di Stratasys con supporti solubili (a partire da 15 900 €).
La FDM offre una risoluzione e una precisione inferiore rispetto alle tecnologie SLA e SLS e non è l'opzione migliore per la stampa di design complessi o di parti ricche di dettagli. Finiture di alta qualità si possono ottenere tramite processi di lucidatura meccanica e chimica. Le stampanti 3D FDM industriali utilizzano supporti solubili per ridurre al minimo queste problematiche e consentono di utilizzare una vasta gamma di termoplastiche ingegneristiche, ma hanno un costo decisamente elevato.
Le stampanti FDM sono meno adatte a design complessi o parti ricche di dettagli (a sinistra) rispetto alle stampanti SLA (a destra).
Stereolitografia (SLA)
La stereolitografia è stata la prima tecnologia di stampa 3D al mondo: inventata negli anni '80, è ancora tra le opzioni più diffuse a livello professionale. Le stampanti 3D SLA a resina sfruttano la fotopolimerizzazione, un processo in cui un laser trasforma la resina liquida in plastica indurita.
Scopri come funziona la stereolitografia.
Le parti realizzate con la stampa 3D SLA presentano risoluzione e precisione migliori, dettagli più accurati e una finitura superficiale più liscia rispetto a tutte le altre tecnologie di stampa 3D con materiali plastici. Ma il vantaggio principale è la versatilità. Le aziende produttrici di materiali hanno creato formulazioni innovative di resine fotopolimeriche SLA, con una vasta gamma di proprietà ottiche, meccaniche e termiche in grado di imitare quelle delle termoplastiche standard, ingegneristiche e industriali. Inoltre, la stampa 3D a resina offre la gamma di materiali biocompatibili più ampia in assoluto.
Le parti realizzate con la stampa 3D SLA hanno bordi ben definiti, una finitura superficiale liscia e linee degli strati poco visibili. Questa parte campione è stata stampata su una stampante 3D SLA desktop Form 3+ di Formlabs (a partire da 2926,78 €).
La stampa 3D SLA è un'ottima scelta per i prototipi ricchi di dettagli e che richiedono tolleranze ridotte e superfici lisce, nonché per le parti funzionali, come stampi, modelli e parti per utilizzo finale. Viene ampiamente utilizzata in numerosi settori, dall'ingegneria al design di prodotto, la fabbricazione, l'odontoiatria, la medicina, la gioielleria, il modellismo e l'istruzione.
Introduzione alla stampa 3D stereolitografica
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Sinterizzazione laser selettiva (SLS)
La sinterizzazione laser selettiva è la tecnologia di produzione additiva più comune per le applicazioni industriali, scelta dai team di ingegneria e le aziende produttrici di diversi settori perché permette di realizzare parti resistenti e funzionali.
Scopri come funziona la sinterizzazione laser selettiva.
Le stampanti 3D SLS utilizzano un laser ad alta potenza per fondere piccole particelle di polvere di polimeri. La polvere non fusa sostiene le parti durante il processo di stampa ed elimina la necessità di strutture di supporto dedicate. Ciò rende la SLS ideale per geometrie complesse che includono dettagli interni, sottosquadri, pareti sottili e dettagli in negativo. Le parti prodotte con la stampa SLS hanno caratteristiche meccaniche eccellenti, con una resistenza simile a quella delle parti create con stampaggio a iniezione.
Le parti realizzate con la stampa 3D SLS hanno una finitura superficiale leggermente ruvida, ma linee degli strati quasi invisibili. Questa parte campione è stata stampata su una stampante 3D SLS da banco della serie Fuse di Formlabs (a partire da 28 912,78 €).
Il materiale più utilizzato per la sinterizzazione laser selettiva è il nylon, una termoplastica ingegneristica molto diffusa con proprietà meccaniche eccellenti. Il nylon è leggero, resistente e flessibile, oltre che stabile se sottoposto a urti, sostanze chimiche, calore, raggi UV, acqua e sporcizia. Altri materiali di stampa 3D SLS molto diffusi sono il polipropilene (PP) e il poliuretano termoplastico (TPU) flessibile.
La combinazione di costo ridotto per parte, alta produttività e affidabilità dei materiali rende la SLS una scelta frequente dei team di ingegneria per la prototipazione funzionale, oltre che un'alternativa economica allo stampaggio a iniezione per la produzione ponte o di piccoli lotti.
Introduzione alla stampa 3D tramite sinterizzazione laser selettiva (SLS)
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Confronta le tecnologie di stampa 3D FDM, SLA e SLS
Ciascuna tecnologia di stampa 3D ha i suoi punti di forza, i suoi punti deboli, i suoi requisiti ed è adatta per diverse applicazioni e aziende. La seguente tabella riassume alcune delle caratteristiche e delle considerazioni principali.
| Modellazione a deposizione fusa (FDM) | Stereolitografia (SLA) | Sinterizzazione laser selettiva (SLS) | |
|---|---|---|---|
| Risoluzione | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| Precisione | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★★★★ |
| Finitura superficiale | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| Rendimento | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| Design complessi | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| Facilità di utilizzo | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| Vantaggi | Apparecchi e materiali a basso costo destinati ai consumatori Semplice e veloce per parti piccole e facili | Grande valore Precisione elevata Finitura superficiale liscia Velocità di stampa elevate Ampia gamma di applicazioni funzionali | Parti funzionali resistenti Libertà di design Strutture di supporto non necessarie |
| Svantaggi | Scarsa precisione Pochi dettagli Compatibilità di design limitata | Sensibilità all'esposizione prolungata alla luce UV | Finitura superficiale ruvida Scelta di materiali limitata |
| Applicazioni | Prototipazione rapida a basso costo Modelli Proof-of-Concept semplici | Prototipazione funzionale Modelli, stampi e attrezzature Applicazioni odontoiatriche Prototipazione e fusione a cera persa per gioielleria Modellismo | Prototipazione funzionale Produzione personalizzata, ponte o di piccoli lotti |
| Volume di stampa | Fino a 300 x 300 x 600 mm (stampanti 3D desktop e da banco) | Fino a 300 x 335 x 200 mm (stampanti 3D desktop e da banco) | Fino a 165 x 165 x 300 mm (stampanti 3D da banco industriali) |
| Materiali | Termoplastiche standard, ad esempio ABS, PLA e loro miscele. | Varietà di resine (plastiche termoindurenti). Standard, ingegneristiche (simil-ABS, simil-PP, flessibili, resistenti al calore), colabili, per il settore odontoiatrico e medico (biocompatibili). Puro silicone e ceramica. | Termoplastiche ingegneristiche. Nylon 11, nylon 12, compositi di nylon rinforzati con vetro e carbonio, PP, TPU (elastomero). |
| Formazione | Formazione minima per impostazioni di stampa, utilizzo dell'apparecchio e finitura; formazione moderata per la manutenzione. | Plug-and-play. Formazione minima per impostazioni di stampa, manutenzione, utilizzo dell'apparecchio e finitura. | Formazione moderata per impostazioni di stampa, manutenzione, utilizzo dell'apparecchio e finitura. |
| Requisiti della struttura | Aria condizionata o preferibilmente ventilazione personalizzata per apparecchi desktop. | Gli apparecchi desktop sono adatti per gli uffici. | Laboratorio con requisiti moderati di spazio per i sistemi da banco. |
| Attrezzatura aggiuntiva | Sistema di rimozione dei supporti per gli apparecchi con supporti solubili (può essere automatizzato), strumenti di finitura. | Postazione di lavaggio e di polimerizzazione post-stampa (entrambe possono essere automatizzate), strumenti di finitura. | Postazione di post-elaborazione per la pulizia delle parti e il recupero dei materiali. |
Costi della stampa 3D e ritorno d'investimento con le tecnologie FDM, SLA e SLS
In conclusione, dovresti scegliere la tecnologia più adatta alla tua azienda. Negli ultimi anni i prezzi sono diminuiti notevolmente e, al momento, tutte e tre le tecnologie sono disponibili in sistemi compatti e accessibili.
Il calcolo dei costi della stampa 3D non si limita ai costi iniziali degli apparecchi, ma occorre considerare anche quelli associati a materiali e manodopera che influiscono in maniera significativa sul costo per parte, a seconda dell'applicazione e delle esigenze di produzione.
Ecco un elenco dettagliato diviso per tecnologia:
| Modellazione a deposizione fusa (FDM) | Stereolitografia (SLA) | Sinterizzazione laser selettiva (SLS) | |
|---|---|---|---|
| Costo delle attrezzature | I prezzi dei pacchetti per stampanti 3D economiche partono da poche centinaia di euro. Le stampanti desktop di fascia media di maggiore qualità partono da circa 2000 €, mentre i sistemi industriali sono disponibili a partire da 15 000 €. | Le stampanti desktop professionali partono da 2926,78 €, le stampanti da banco per grandi formati sono disponibili a partire da 10 978,78 €, mentre gli apparecchi industriali tradizionali per grandi volumi sono disponibili a partire da 80 000 €. | I sistemi da banco industriali partono da 23 899 €, mentre le stampanti industriali tradizionali sono disponibili a partire da 100 000 €. |
| Costo dei materiali | 50-150 €/kg per la maggior parte dei filamenti standard e ingegneristici e 100-200 €/kg per i materiali di supporto. | 149-200 €/l per la maggior parte delle resine standard e ingegneristiche. | 100 €/kg per il nylon. La SLS non richiede strutture di supporto e la polvere non fusa può essere riutilizzata, riducendo quindi il costo dei materiali. |
| Manodopera necessaria | Rimozione manuale dei supporti (può essere automatizzata in gran parte per i sistemi industriali con supporti solubili). È necessario un lungo processo di post-elaborazione per ottenere finiture di alta qualità. | Lavaggio e polimerizzazione post-stampa (entrambi possono essere quasi interamente automatizzati). Post-elaborazione semplice per rimuovere i segni lasciati dai supporti. | Pulizia semplice per rimuovere la polvere in eccesso. |
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Prototipi di una montatura per occhiali da sci stampata con le tecnologie FDM, SLA e SLS (da sinistra a destra).
Speriamo che questo articolo ti abbia aiutato a capire meglio qual è la tecnologia di stampa 3D più adatta per la tua applicazione.
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