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FDM vs SLA: confronto tra le più comuni tecnologie di stampa 3D

Negli ultimi anni, il mercato della stampa 3D è stato interessato da rapidi cambiamenti. Ormai non più solo esclusiva degli hobbisti, gli apparecchi desktop altamente efficienti si sono sviluppati fino a diventare strumenti essenziali per le aziende. Dopo essere diventata il migliore strumento per la prototipazione e lo sviluppo di prodotto, la stampa 3D si è espansa all'interno di settori quali la fabbricazione, l'odontoiatria, la gioielleria e molti altri.

La modellazione a deposizione fusa (FDM) e la stereolitografia (SLA) sono le due tecnologie di stampa 3D più diffuse sul mercato. Entrambe sono state adattate e perfezionate per il desktop, rendendo gli apparecchi più accessibili, facili da usare ed efficienti.

In questa guida all'acquisto dettagliata, esamineremo più da vicino le stampanti 3D FDM e SLA e le metteremo a confronto in termini di qualità di stampa, materiali, applicazioni, flusso di lavoro, velocità, costi e molto altro, per aiutarti a decidere quale di queste due tecniche è la più ideale per la tua azienda.

Cos'è la stampa 3D per modellazione a deposizione fusa (FDM)?

La modellazione a deposizione fusa è la forma di stampa 3D più diffusa tra i consumatori. L'FDM funziona con l'estrusione di termoplastiche come l'ABS e il PLA mediante un ugello riscaldato che fonde il materiale e deposita la plastica, strato dopo strato, su una piattaforma di stampa. Gli strati vengono depositati uno alla volta, fino a completamento della parte.

Guarda come funziona la stampa 3D FDM

Questi tipi di stampante 3D sono particolarmente adatti per modelli Proof-of-Concept di base, nonché per la prototipazione rapida e a basso costo di parti semplici, come quelle che vengono normalmente lavorate.

Cos'è la stampa 3D stereolitografica (SLA)?

La stereolitografia, inventata negli anni '80, è stata la prima tecnologia di stampa 3D al mondo ed è tuttora una delle tecnologie più diffuse a livello professionale. La stereolitografia utilizza un laser per polimerizzare la resina liquida trasformandola in plastica indurita; questo processo viene chiamato fotopolimerizzazione.

Scopri come funziona la stampa 3D SLA

Le stampanti 3D SLA sono diventate molto popolari grazie alla loro capacità di realizzare parti e prototipi ad alta precisione, isotropici e impermeabili in una vasta gamma di materiali speciali con dettagli raffinati e una finitura superficiale liscia. La formulazione delle resine per stereolitografia offre una vasta gamma di proprietà ottiche, meccaniche e termiche in grado di imitare quelle delle termoplastiche industriali, standard e ingegneristiche.

La stereolitografia è un'ottima scelta per prototipi ricchi di dettagli che richiedono tolleranze strette e superfici lisce, quali stampi, modelli e parti funzionali. Viene ampiamente utilizzata in numerosi settori, dall'ingegneria al design di prodotto, la fabbricazione, l'odontoiatria, la gioielleria, il modellismo e l'istruzione.

 


 

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Introduzione alla stampa 3D con la stereolitografia desktop (SLA)

Scarica il nostro whitepaper dettagliato sulla stereolitografia per scoprire come funzionano le tecnologie di stampa SLA, perché migliaia di professionisti usano oggi questo processo e cosa hai bisogno di sapere per approfondire come la stampa 3D può essere utile per il tuo lavoro.

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Le tecnologie di stampa 3D FDM e SLA a confronto

Qualità di stampa e precisione

Quando un processo di stampa 3D produce una parte strato dopo strato, con ciascuno strato vi è la possibilità di creare imprecisioni. Il processo che consente di formare gli strati incide sulla qualità della superficie, sul livello di precisione e sulla precisione di ciascuno strato e, di conseguenza, sulla qualità della stampa in generale.

Le stampanti 3D FDM formano strati depositando linee di plastica fusa. Con questo processo, la risoluzione della parte viene definita dalla dimensione dell'ugello di estrusione e si creano dei vuoti fra le linee arrotondate quando queste sono depositate. Come risultato gli strati potrebbero non aderire completamente l'uno all'altro, restando in generale chiaramente visibili sulla superficie, inoltre il processo non è in grado di riprodurre i dettagli complessi che le altre tecnologie offrono.

Nella stampa 3D SLA, la resina liquida è polimerizzata da un laser ad alta precisione che forma gli strati, il quale è in grado di ottenere dettagli molto più raffinati ed è molto più affidabile nell'ottenere risultati di alta qualità in modo continuativo. Come risultato, la stampa 3D SLA è conosciuta per i suoi particolari precisi, la finitura superficiale liscia, l'assoluta precisione delle parti e l'accuratezza.

Accuratezza, precisione e tolleranza nella stampa 3D sono termini complessi e spesso fraintesi. Scopri di più sul loro significato per capire meglio le prestazioni di stampa 3D.

Le parti stampate in stereolitografia presentano bordi ben definiti, superfici lucide e linee che separano gli strati poco visibili. Questa parte campione è stata stampata su una stampante 3D SLA desktop, la Form 3 di Formlabs.

L'uso della luce al posto del calore per stampare è un altro modo in cui gli apparecchi SLA garantiscono la loro affidabilità. Stampando le parti quasi a temperatura ambiente, queste non sono soggette a dilatazione termica o al restringimento degli artefatti, cosa che può invece accadere durante il processo di stampa per modellazione a deposizione fusa.

Grazie al laser ad alta precisione, le stampanti 3D SLA sono più adatte alla fabbricazione di parti complesse (parte FDM a sinistra, parte SLA a destra).

Mentre la modellazione a deposizione fusa produce un legame meccanico fra gli strati, le stampanti 3D SLA creano legami chimici creando una reticolazione dei fotopolimeri fra uno strato e l'altro; ne risultano parti solide impermeabili ed ermetiche. Questi legami generano alti livelli di robustezza trasversale dando vita a parti isotropiche, ovvero la cui stabilità non cambia con l'orientamento. Questo rende la stereolitografia particolarmente adatta per applicazioni ingegneristiche e di fabbricazione in cui la proprietà dei materiali è importante.

La differenza di qualità è meno visibile in parti relativamente semplici. Ciononostante, le parti stampate in stereolitografia sono solide e isotropiche, il che le rende più adatte per numerose applicazioni ingegneristiche e di fabbricazione.

 


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Materiali e applicazioni

Le stampanti 3D FDM funzionano con una vasta gamma di termoplastiche standard, ad esempio l'ABS, il PLA e le loro varie miscele. La popolarità della modellazione a deposizione fusa nell'ambito dell'hobbistica ha portato a una grande ricchezza di colori. Esistono anche varie miscele di filamenti sperimentali per creare parti con superfici simili al legno o al metallo.

Sono disponibili anche materiali ingegneristici quali nylon, PETG, PA o TPU e termoplastiche ad alta prestazione come PEEK o PEI, ma spesso questi sono limitati a stampanti professionali FDM selezionate che li supportano.

I filamenti e le miscele FDM offrono numerose opzioni di colore. (fonte: All3DP.com)

Le resine per la stereolitografia hanno il vantaggio di possedere una vasta gamma di formulazioni: i materiali possono essere morbidi o duri, rinforzati con materiali quali vetro o ceramica o dotati di proprietà meccaniche quali elevata temperatura di distorsione termica o resistenza all'impatto. Numerose formulazioni di resine offrono una vasta gamma di proprietà ottiche, meccaniche e termiche in grado di imitare quelle delle termoplastiche industriali, standard e ingegneristiche.

Le stampanti 3D SLA offrono diversi materiali per applicazioni nel settore dell'ingegneria e della fabbricazione.

In alcuni casi, è questa combinazione di versatilità e funzionalità a spingere le aziende a portare in-house la stereolitografia. Dopo aver trovato che uno specifico materiale funzionale rappresenta una soluzione per un'applicazione specifica, normalmente non si tarda molto a scoprire altre possibilità e la stampante diventa uno strumento per sfruttare le diverse capacità dei vari materiali.

Alcune proprietà dei materiali uniche nella stereolitografia includono:

Clear Resin

La stereolitografia è l'unica tecnica di stampa 3D in grado di produrre parti trasparenti sul desktop. Questa resina è ideale per ottenere visibilità all'interno di assemblaggi complessi, nella (micro)fluidica, nella creazione di stampi, illuminazione e per qualsiasi parte che richiede traslucidità.

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Elastic Resin

Le parti stampate in questo materiale hanno l'aspetto e si comportano come le parti modellate in silicone e sono abbastanza resistenti da poter essere utilizzate per più cicli. 

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High Temp Resin

Questa resina offre una temperatura di distorsione termica di 238 °C a 0,45 MPa: si tratta della più alta resistenza alle temperature fra tutti i materiali per la stampa 3D desktop.

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Castable Wax Resin

Materiale che contiene il 20% di cera per la fusione diretta a cera persa e per lo stampaggio per applicazioni odontoiatriche e di gioielleria.

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Resine per l'odontoiatria

Materiali specializzati per applicazioni odontoiatriche quali dime chirurgiche biocompatibili, bite dentali, matrici e modelli fissi, modelli di allineatori trasparenti, protesi dentali complete e altro.

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Ceramic Resin

Stampa in 3D parti con un effetto finale simile alla pietra e cuocile per creare un oggetto completamente in ceramica.

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Workflow and Ease of Use

Entrambi i flussi di lavoro della stampa FDM e SLA si suddividono in tre stadi: progettazione, stampa 3D e post-elaborazione.

Anzitutto usa un software CAD o scansiona in 3D i dati per progettare un modello ed esportalo poi in un file 3D stampabile (formato STL o OBJ). Le stampanti 3D hanno bisogno di un software per specificare le impostazioni di stampa e suddividere il modello digitale in strati ai fini della stampa.

Le stampanti 3D FDM e SLA a basso costo spesso richiedono molte ore di ottimizzazione e sperimentazione per individuare le impostazioni di stampa corrette. Ciononostante, i risultati potrebbero cambiare con ciascun nuovo design o materiale e la possibilità che le stampe falliscano resta elevata. Questo non solo è causa di ritardi nei progetti, ma può portare a grandi pasticci che richiedono un lungo processo di pulizia.

Le stampanti 3D SLA professionali quali la Form 3 e alcune altre stampanti FDM professionali vengono fornite con un software esclusivo e con impostazioni predefinite per ciascun materiale, attentamente testate per assicurare la più elevata percentuale di successo delle stampe.

.L'impostazione delle stampe con strumenti avanzati di preparazione della stampa quali PreForm è un gioco da ragazzi. PreForm può essere scaricato gratuitamente: provalo ora.

Quando il processo di stampa è avviato, la maggior parte delle stampanti 3D possono lavorare senza supervisione, anche tutta la notte, fino a stampa terminata. Le stampanti 3D SLA avanzate come la Form 3 sono dotate di un sistema a cartuccia che ricaricano il materiale automaticamente.

Il passaggio finale del flusso di lavoro è la post-elaborazione. Le parti stampate in stereolitografia hanno bisogno di essere lavate in alcool isopropilico o altri solventi per rimuovere eventuali tracce di resina non polimerizzata dalla superficie. Seguire il flusso di lavoro standard comporta prima la rimozione delle parti dalla piattaforma di stampa e poi l'immersione manuale in un bagno di solvente per rimuovere la resina in eccesso.

Soluzioni professionali quali Form Wash automatizzano questo processo. Le parti possono essere trasferite direttamente dalla stampante a Form Wash, la quale le pulisce agitando il solvente e sollevandole automaticamente dal bagno di alcol quando il processo è terminato.

Dopo aver lavato e asciugato le parti, alcuni materiali per stereolitografia necessitano di polimerizzazione post-stampa, un procedimento che aiuta le parti a raggiungere la maggiore durezza e stabilità possibili.

Il processo di modellazione a deposizione fusa presenta il vantaggio che le parti finite non supportate non richiedono alcuna operazione di pulizia, ma sono pronte per essere usate o per la post-elaborazione quando la stampa è completata.

La modellazione a deposizione fusa e la stereolitografia si servono di strutture di supporto per facilitare la stampa 3D di modelli più complessi e la loro rimozione rappresenta l'ultimo stadio della post-elaborazione.

I supporti sulle parti realizzate con modellazione a deposizione fusa devono essere staccati manualmente o disciolti in acqua, a seconda del materiale usato per gli stessi.

Le stampe realizzate con modellazione a deposizione fusa provviste di supporti richiedono una post-elaborazione addizionale per ottenere una finitura di alta qualità (fonte: 3D Hubs).

La rimozione dei supporti dalle parti stampate in stereolitografia comporta il taglio delle strutture di supporto e una leggera levigazione delle parti per rimuovere i segni lasciati dai supporti. La tecnologia Low Force Stereolithography (LFS)™ di Formlabs offre supporti leggeri che consentono all'intero oggetto di essere staccato dalla propria base di supporto in pochi secondi, lasciando segni minimi e riducendo il tempo speso nelle operazioni di post-elaborazione.

Qualora siano necessarie ulteriori operazioni di post-elaborazione, le parti stampate in stereolitografia e con modellazione a deposizione fusa possono essere facilmente lavorate, trattate con primer, verniciate e assemblate per applicazioni e finiture specifiche. Le parti stampate con modellazione a deposizione fusa, tuttavia, richiedono una levigazione prima dell'applicazione del primer o della verniciatura e richiedono livelli di infill più elevati per poter essere lavorate e perforate.

 

Costi e ritorno d'investimento

Uno dei principali argomenti di vendita delle stampanti FDM è il costo ridotto dell'apparecchio. Con stampanti "primo prezzo" disponibili per poche centinaia di euro, gli hobbisti e le piccole imprese possono testare la modellazione a deposizione fusa per vedere se eventualmente conviene aggiungere la stampa 3D alla propria strumentazione. Per chi non è sicuro da dove iniziare, la spesa contenuta di un apparecchio FDM primo prezzo è spesso un argomento sufficiente a giustificare l'acquisto. Tuttavia, queste soluzioni FDM a basso prezzo possono essere inaffidabili e spesso richiedono un esperto per poterle far funzionare sul lungo termine.

Le stampanti FDM desktop professionali sono più facili da usare e più adatte alle aziende, con prezzi compresi fra 2000 e 8000 $. In generale queste stampanti 3D forniscono un'affidabilità migliore, una qualità di stampa più elevata e volumi di stampa più grandi. Benché questi apparecchi siano adatti per la produzione di parti funzionali, la concorrenza in questa fascia di prezzo è agguerrita poiché gli apparecchi SLA offrono una gamma più ampia di applicazioni e stampe di qualità superiore.

Le stampanti 3D SLA partono da circa 3000 $, con Formlabs che offre l'unica stampante 3D SLA di grande formato accessibile a poco meno di 10 000 $.

In termini di materiali, i filamenti FDM sono relativamente economici se comparati con i materiali per altre tecniche di stampa 3D. In generale, le plastiche standard quali ABS, PLS e le loro miscele partono da ca. 50 $/kg, mentre i filamenti specifici per le applicazioni ingegneristiche possono costare 100-150 $/kg. I materiali di supporto solubili per stampanti 3D FDM compatibili costano intono ai 100-200 $/kg. In comparazione, la maggior parte delle resine standard e ingegneristiche per stampanti 3D SLA costa 149-200 $/kg.

I costi di manodopera sono la variabile finale, e spesso dimenticata, dell'equazione. Per design semplici che non richiedono supporti per essere stampati, la modellazione a deposizione fusa non richiede praticamente post-elaborazione. Le stampe FDM dotate di supporti e le parti che richiedono una finitura di alta qualità, invece, richiedono una lunga post-elaborazione manuale.

Le parti stampate in stereolitografia devono essere lavate e, a seconda del materiale, sottoposte a polimerizzazione post-stampa, ma entrambi i processi possono essere quasi interamente automatizzati con accessori che minimizzano i tempi di lavoro. Le stampe in stereolitografia dotate di supporti richiedono solo una leggera levigazione per la rimozione dei segni lasciati dai supporti e per ottenere una finitura di alta qualità.


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Velocità di stampa​

Gli apparecchi FDM possono stampare strati più spessi e generalmente usano un infill inferiore, per cui le stampe 3D avvengono più rapidamente. Per parti semplici, la modellazione a deposizione fusa presenta meno passaggi di post-elaborazione. A seconda del progetto, questo significa che le stampe sono pronte per essere usate appena terminate. Questo è ideale per applicazioni quali la prototipazione rapida, perché consente agli utenti di valutare velocemente i risultati e di passare a un'altra stampa o progetto.

La velocità della modellazione a deposizione fusa è un vantaggio che sta diminuendo con l'introduzione di materiali per la stereolitografia più rapidi quali la Draft Resin, che stampa un 40% più velocemente rispetto alle stampanti 3D FDM. Con uno spessore dello strato di 300 micron, la Draft Resin presenta un'accuratezza sufficiente ai fini della prototipazione, consentendo di effettuare iterazioni di design più rapide. La stampa di modelli che occupano l'intero volume di stampa di una stampante SLA può tardare fino a 20 ore nei materiali standard e potrebbe dover richiedere una pianificazione notturna. La stampa della stessa parte in Draft Resin con strati da 300 micron di spessore può richiedere meno di sei ore.

Ecco sei prototipi diversi di un alloggiamento di una pompa, stampati con la Draft Resin. La stampa di un prototipo in resina standard richiede 3 ore e 7 minuti, mentre con la Draft Resin la stampa viene realizzata in 47 minuti.

La velocità di stampa della modellazione a deposizione fusa e della stereolitografia è paragonabile quando si stampa con strati di spessore simile. Tuttavia, una parte stampata con strati di 100 micron su una stampante FDM ha un aspetto nettamente diverso rispetto a una parte stampata a 100 micron su una stampante SLA, a causa del modo in cui sono strutturati gli strati. Ottenere una qualità comparabile nelle parti stampate con modellazione a deposizione fusa richiede strati di spessore inferiore e di conseguenza un tempo di stampa due o quattro volte superiore, oppure una post-elaborazione notevole e dispendiosa in termini di tempo per migliorare la finitura superficiale.

Volume di stampa

Una ambito in cui tradizionalmente la modellazione a deposizione fusa dominava era il volume di stampa. A causa delle differenze tecnologiche, sviluppare un apparecchio FDM è meno complesso. Sul mercato esistono numerose soluzioni FDM di grande formato per applicazioni che richiedono la stampa 3D di parti più grandi.

Il processo della stereolitografia invertita alla base della stampanti SLA desktop riduce l'ingombro e il prezzo, ma le forze di distacco intensificate introducono limitazioni per quanto riguarda materiali e volume di stampa e parti di grande formato richiedono robuste strutture di supporto per consentire una stampa di successo.

Con l'introduzione del processo di stampa Low Force Stereolithography (LFS) alla base della Form 3 e della Form 3L, Formlabs ha riprogettato completamente l'approccio alla stampa 3D con resina per ridurre drasticamente le forze esercitate sulle parti durante il processo di stampa. L'illuminazione lineare uniforme e le forze ridotte del serbatoio flessibile fanno in modo che la tecnologia Low Force Stereolithography possa aumentare in scala senza soluzione di continuità l'area di stampa, costruita attorno allo stesso potente motore di stampa.

La Form 3L, la prima stampante con resina di grande formato a un prezzo accessibile, fornisce rapidamente parti di grandi dimensioni grazie a due Light Processing Unit (LPU) sfalsate che funzionano simultaneamente lungo un percorso di stampa ottimizzato. Con un volume di stampa cinque volte superiore rispetto alle attuali stampanti SLA, la Form 3L elimina le restrizioni dimensionali che a volte intralciano il flusso di lavoro sugli apparecchi desktop più piccoli, pur mantenendosi all'interno di una fascia di prezzo competitiva.

La Form 3L offre un volume di stampa cinque volte superiore rispetto alle attuali stampanti SLA, mantenendosi all'interno di una fascia di prezzo competitiva.

Modellazione a deposizione fusa e stereolitografia: comparazione diretta

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 attività. La seguente tabella riassume alcune delle caratteristiche e delle considerazioni principali.

 

Modellazione a deposizione fusa (FDM)Stereolithography (SLA)
Risoluzione★★☆☆☆★★★★★
Accuratezza★★★★☆★★★★★
Finitura superficiale★★☆☆☆★★★★★
Rendimento★★★★☆★★★★☆
Design complessi★★★☆☆★★★★☆
Facilità di utilizzo★★★★★★★★★★
VantaggiVelocità Macchine e materiali a basso costo per il consumatoreOttimo rapporto qualità-prezzo Alta precisione Finitura superficiale liscia Gamma di applicazioni funzionali
SvantaggiScarsa precisione Pochi dettagli Capacità di progettazione limitataSensibilità alle lunghe esposizioni ai raggi UV
ApplicazioniPrototipazione rapida a costo ridotto Modelli Proof-of-Concept sempliciPrototipazione funzionale Modelli, stampi e strumenti Applicazioni odontoiatriche Prototipazione e fusione a cera persa per gioielleria Modellismo
Volume di stampaFino a circa 200 x 200 x 300 mm (stampanti 3D desktop)Fino a 300 x 335 x 200 mm (stampanti 3D da banco)
MaterialiTermoplastiche standard, ad esempio ABS, PLA e loro miscele.Varietà di resine (plastiche termoindurenti). Standard, ingegneristiche (simil-ABS, simil-polipropilene, flessibile, resistente al calore), colabile, dentale e medica (biocompatibile).
FormazioneFormazione minima su impostazione della stampa, utilizzo dell'apparecchio e finitura; formazione moderata su manutenzione.Plug and play. Formazione minima su impostazione della stampa, manutenzione, utilizzo dell'apparecchio e finitura.
Requisiti della strutturaAria condizionata o preferibilmente ventilazione personalizzata per apparecchi desktop.Gli apparecchi desktop sono adatti per gli uffici.
Attrezzatura aggiuntivaSistema di rimozione dei supporti per gli apparecchi con supporti solubili (può essere automatizzato), strumenti di finitura.Postazione di polimerizzazione post-stampa, postazione di lavaggio (può essere automatizzata), strumenti di finitura.

 

Usare le stampanti FDM e SLA insieme

Dopo aver comparato le due tecnologie, possiamo concludere che le stampanti FDM e SLA presentano entrambe funzionalità simili e spesso complementari. I due tipi di stampanti 3D non sono sempre in competizione; molte aziende usano sia apparecchi FDM, sia SLS uno accanto all'altro. Questo significa sfruttare il meglio dei due sistemi: prototipazione rapida a basso costo unita a parti funzionali di alta qualità per una gamma più ampia di applicazioni.

Alcuni esempi pratici:

  • Nello sviluppo di prodotto, la stampa di parti con modellazione a deposizione fusa o in stereolitografia con la Draft Resin sono entrambe ideali per modelli Proof-of-Concept di base e per iterazioni rapide. Man mano che lo sviluppo del progetto avanza, la stampa 3D SLA è ideale per modelli concettuali dettagliati o prototipi funzionali che potrebbero richiedere una qualità migliore e materiali con proprietà differenti.

  • Sia la stampa 3D FDM e SLA vengono comunemente usate nella fabbricazione per creare dime, fissaggi e altre attrezzature. La modellazione a deposizione fusa è più indicata per parti semplici di grandi dimensioni, mentre la stereolitografia è una soluzione migliore per dime complesse, attrezzature ad alta precisione e stampi.

  • Il settore dell'istruzione ha registrato successi nell'integrazione sia di apparecchi FDM sia SLA. Numerosi enti di formazione iniziano con la stampa per modellazione a deposizione fusa poiché il suo costo contenuto è ideale per gli studenti che hanno bisogno di realizzare bozze rapide e di fare un po' di pratica con la tecnologia. La stereolitografia rappresenta la prima scelta per numerosi istituti tecnici, università, istituti di ricerca nonché nella formazione nel settore odontoiatrico e della gioielleria, a causa della qualità più elevata e della gamma più ampia di applicazioni.

L'Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC) dell'Università di Sheffield si serve di una flotta di 12 stampanti 3D SLA per la maggior parte delle applicazioni d'ingegneria e fabbricazione e conserva cinque stampanti FDM per parti di dimensioni grandi.

Scopri di più sulla stampa 3D SLA

 

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