Guida alle stampanti 3D a colori

Vuoi realizzare parti a tinta unita o multicolore con la stampa 3D? Negli ultimi anni sono nati diversi nuovi metodi per la stampa 3D a colori e le stampanti 3D sono diventate più accessibili, consentendo a ingegneri, designer, modellisti o hobbisti di creare oggetti in una vasta gamma di tonalità.

In questa guida, approfondiamo le diverse tecniche per stampare in 3D parti colorate, nonché le tecnologie e le applicazioni della stampa 3D a colori. 

Esistono diverse opzioni per stampare in 3D parti colorate, tra cui miscelazione e abbinamento dei colori, stampa 3D a colori completi, verniciatura delle parti stampate in 3D e cubicatura. 

La stampa a colori diretta, nota anche come stampa 3D multicolore, è il metodo più semplice per stampare in 3D parti con più colori. Consiste nel caricare un materiale grezzo colorato nella stampante. Il metodo più comune è l'utilizzo di filamenti colorati con stampanti 3D che utilizzano la modellazione a deposizione fusa (FDM), una tecnologia in grado di fondere e depositare il filamento sul letto di stampa.

Le stampanti 3D FDM consentono di stampare con un unico colore utilizzando un filamento colorato, con due colori utilizzando un doppio estrusore oppure con più colori e sfumature mediante la miscelazione dei colori, a seconda del numero di filamenti che entrano contemporaneamente nella stampante.

Il principale vantaggio di queste stampanti è che sono economiche e semplici da utilizzare. Tuttavia, gli svantaggi includono l'impossibilità di ottenere una tonalità di colore specifica e la parte finale presenterà linee degli strati visibili. Inoltre, un maggior numero di estrusori implica una maggiore possibilità di errori di stampa. Inoltre, le stampanti 3D FDM producono scarti di stampa durante la regolazione, che non possono essere eliminati.

Mentre la stampa 3D a colori diretta permette di usare solo tonalità standard, con l'abbinamento è possibile stampare in 3D parti in praticamente qualsiasi colore personalizzato. 

Con le stampanti 3D stereolitografiche (SLA) di Formlabs, la Color Resin offre la possibilità di stampare parti in colori personalizzati su ordinazione. La stampa 3D SLA solidifica ogni strato, dando vita a parti stampate in 3D con finiture superficiali lisce e linee degli strati quasi impercettibili, in colori che vanno da sfumature neutre a colori saturi e audaci.

La stampa 3D a colori completi è il metodo di stampa 3D a colori più versatile, poiché permette di realizzare parti in più colori allo stesso tempo, abbinando qualsiasi tonalità e con un elevato livello di realismo.

A differenza dei filamenti o della resina colorata, il materiale utilizzato per questa tecnica non è precolorato: il colore viene aggiunto al materiale di base durante il processo di stampa, analogamente a una stampante 2D a colori.

Le tecnologie di stampa 3D binder jetting e a getto di materiale sono in grado di produrre stampe in 3D a colori completi. Tuttavia, si tratta di processi che richiedono un investimento iniziale alto, per cui sono inaccessibili alla maggior parte degli utenti. Solo un produttore offre una stampante 3D FDM a colori completi più conveniente.

In alcuni casi, le parti colorate con la stampa 3D potrebbero non avere i dettagli o i colori vividi a cui mira un artista o un designer. Sebbene la verniciatura con colori acrilici, olio o spray di parti in 3D monocromatiche richieda più tempo, è una soluzione economica e completamente personalizzabile. 

I modelli che necessitano di una finitura perfettamente liscia o di particolari molto precisi potrebbero richiedere processi di post-elaborazione, come levigazione, applicazione di un primer o l'utilizzo di un solvente prima della verniciatura.

La levigatura riduce le imperfezioni superficiali, mentre il primer riempie piccole crepe o fori. Inoltre, alcune parti stampate in 3D potrebbero necessitare di una mano di fondo per attenuare il colore neutro del primer prima della verniciatura.

_{Guarda o leggi la nostra guida dettagliata sull'applicazione del primer e la verniciatura delle parti stampate in 3D.}

La cubicatura, nota anche come idrografia, stampa a immersione o stampa a trasferimento d'acqua, è un metodo comune per applicare disegni stampati a superfici tridimensionali. Questo processo utilizza una stampante a getto d'inchiostro per stampare un'immagine su un film a base di alcool polivinilico, che viene poi immerso in acqua e attivato con un solvente chimico. Mentre l'oggetto viene immerso nell'acqua, il film galleggiante si estende e aderisce alla superficie.

Se ti interessa questo processo, leggi la nostra guida sui modelli a colori completi per stampe 3D con la cubicatura computazionale.

Le tecnologie più utilizzate nella stampa a colori sono la modellazione a deposizione fusa (FDM), la stereolitografia (SLA), la sinterizzazione laser selettiva (SLS), la fusione multi-getto (MJF), il binder jetting e il getto di materiale. Esaminiamo pregi e difetti di ciascun processo.

La modellazione a deposizione fusa (FDM) è una delle tecnologie più comuni ed economiche nella stampa 3D di largo consumo. 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 viene impiegata principalmente per la stampa a colori diretta con stampanti a singolo estrusore oppure per la stampa 3D di più colori mediante stampanti a doppio estrusore.

La prima stampante 3D FDM a colori è stata la stampante 3D da Vinci Color, con un filamento incolore che viene colorato con cartucce a getto d'inchiostro CMYK subito prima di essere estruso, per produrre parti colorate in modo simile a una stampante 2D a colori.

La stampa 3D stereolitografica (SLA) utilizza un laser per polimerizzare la resina liquida in plastica dura, processo noto come "fotopolimerizzazione". Le parti stampate tramite stereolitografia presentano una migliore risoluzione e accuratezza, dettagli più precisi e finiture superficiali più lisce rispetto a tutte le altre tecnologie di stampa 3D.

La SLA offre la possibilità di abbinare quasi tutti i colori personalizzati utilizzando la Color Resin, la prima soluzione cromatica personalizzata per la stampa 3D SLA. Grazie alla loro finitura superficiale liscia, sulle parti stampate tramite stereolitografia possono essere eseguiti processi di post-elaborazione, verniciatura e cubicatura.

La sinterizzazione laser selettiva (SLS) è la tecnologia di produzione additiva più comune per le applicazioni industriali, scelta dai team di ingegneria e dalle aziende produttrici di diversi settori perché permette di realizzare parti resistenti e funzionali.

Le stampanti 3D SLS utilizzano come materia prima polvere di nylon bianca, grigia o nera. Le parti non possono essere stampate direttamente a colori, ma si possono tingere o verniciare durante la post-elaborazione. Esistono quattro metodi di tintura, ognuno con vantaggi e svantaggi diversi a seconda dei workflow e del budget.

La tecnologia di stampa 3D binder jetting è simile alla stampa SLS e MJF, ma per legare l'arenaria in polvere usa un agente adesivo colorato al posto del calore. 

Le parti prodotte con stampa binder jetting hanno una superficie porosa e sono molto fragili, perciò questo processo è consigliato solo per le applicazioni statiche, come la creazione di statuette a colori e modelli concettuali.

Le stampanti 3D a getto di materiale e PolyJet combinano la stampa a getto d'inchiostro tradizionale con l'uso di resine fotopolimeriche. Queste macchine depositano su un vassoio simile a quello delle stampanti 2D goccioline di materiale che viene poi polimerizzato con la luce UV.

Questi processi offrono una miriade di possibilità cromatiche e consentono di creare parti fotorealistiche con colori vivaci. Tuttavia, le parti hanno proprietà meccaniche scarse, sono sensibili al calore e hanno un prezzo iniziale più alto di tutte le opzioni di stampa 3D a colori.

La stampa 3D a colori consente a ingegneri e designer di risparmiare tempo e denaro con prototipi estetici e parti per utilizzo finale, ai registi di trasformare i modelli digitali in oggetti di scena, ai modellisti di creare miniature dai colori vivaci, ai professionisti del settore medico di produrre modelli anatomici accurati e molto altro ancora.

La prototipazione rapida permette alle aziende di trasformare le idee in Proof-of-Concept realistici, consente di sviluppare prototipi di alta qualità che funzionano come prodotti finali e guida i prodotti lungo una serie di fasi di validazione che portano alla produzione di massa.

I modelli concettuali colorati possono servire per presentare un'idea alle persone coinvolte nel progetto, avviare discussioni e ottenere o meno l’approvazione attraverso esplorazioni a basso rischio.

Nelle fasi successive, i prototipi estetici realistici a colori danno un'idea dell'aspetto del prodotto finale e dell'interazione con l'utente. L'ergonomia, le interfacce utente e l'esperienza utente complessiva possono essere convalidate con prototipi estetici stampati in 3D prima di dedicare molto tempo alla progettazione e al design necessari per realizzare tutte le funzionalità del prodotto.

La stampa 3D mediante abbinamento dei colori o quella a colori completi consentono inoltre ai team di sviluppo dei prodotti di sperimentare diverse opzioni cromatiche ed effettuare studi con i clienti prima di passare alla produzione.

Nel settore dell'intrattenimento, gli oggetti di scena e i modelli stampati in 3D rendono i confini tra modelli fisici ed effetti digitali sempre più sfumati. Gli artisti creano modelli realistici e dettagliati con software di modellazione 3D e poi li portano in vita in poche ore con la stampa 3D. I processi di stampa 3D ad alta risoluzione, come la SLA, possono riprodurre anche i parametri più complessi di un progetto, come la trama della pelle.

I professionisti della creazione di oggetti di scena, come Russell Bobbitt per i film Marvel, Jaco Snyman per la serie tv Raised by Wolves - Una nuova umanità e lo studio di design ed effetti visivi Aaron Sims Creative per Stranger Things, hanno adottato questa tecnologia, ottenendo una riduzione notevole dei tempi di realizzazione e la possibilità di dare sfogo alla propria vena creativa durante le fasi di progettazione. Il processo di creazione diventa più flessibile e fluido e gli oggetti di scena e i modelli possono essere creati in modo efficiente.

La stampa 3D ha indubbiamente rivoluzionato il mondo di creare miniature e statuette personalizzate, sia per il modellismo che per i giochi da tavolo, il collezionismo o altri hobby.

Poiché le stampanti 3D a colori sono spesso fuori budget per gli hobbisti e i modellisti, il modo più diffuso per creare modelli colorati è quello di dipingerli a mano dopo la stampa 3D.

Ad esempio, gli artisti del laboratorio Modern Life combinano la progettazione di modelli 3D con la stampa 3D SLA per creare minature iperrealistiche di celebrità. Gli artisti utilizzano il software di scultura digitale a mano libera ZBrush per creare modelli dettagliati al computer, poi stampano i design con una stampante 3D SLA e dipingono le parti a mano. Then, they 3D print the designs on an SLA 3D printer and paint the parts by hand.

Per quanto riguarda il settore dei giochi, esistono numerose comunità virtuali nate attorno a giochi da tavolo come Dungeons & Dragons nelle quali i giocatori utilizzano le stampanti 3D per creare una varietà di accessori del mondo di D&D unici nel loro genere, come miniature, statuette, terreni o paesaggi.

Anche le aziende di modellismo professionale, come DM-Toys, utilizzano la stampa 3D per accelerare i cicli di prototipazione e produzione di modelli personalizzati.

L'azienda globale di giochi e intrattenimento Hasbro ha utilizzato la stampa 3D per le action figure della Selfie Series, un'iniziativa innovativa per realizzare miniature personalizzate su larga scala. Per la Selfie Series, i fan potevano realizzare scansioni del proprio viso con uno smartphone e ricevere una action figure del tutto identica a loro.

Nel settore sanitario, radiologi, chirurghi e professionisti del settore biomedico ricorrono sempre più spesso alla stampa 3D per creare modelli 3D accurati di parti anatomiche, utilizzabili come strumenti di riferimento per la pianificazione preoperatoria, la visualizzazione intraoperatoria e la formazione. 

La stampa 3D consente ai professionisti del settore medico di creare modelli complessi con dettagli intricati, impossibili da realizzare con altre tecnologie.

I modelli colorati molto dettagliati sono perfetti per i programmi di formazione degli specializzandi, perché ogni organo o vaso sanguigno può essere direttamente stampato in 3D o verniciato di un colore diverso ed essere individuato facilmente.

Inoltre, i modelli chirurgici realizzati su misura a partire dai dati delle scansioni del paziente stanno diventando strumenti sempre più utili nella pratica della medicina di precisione personalizzata.

La stampa 3D ha reso possibile la stampa 3D di protesi personalizzate progettate per offrire il massimo comfort. Dopo la stampa, le protesi vengono verniciate in base alla carnagione dei pazienti utilizzando vernici biocompatibili. In alternativa, possono essere verniciate e poi rivestite con un sigillante biocompatibile così da renderle indossabili.

Il dott. Travis Bellicchi ha stampato in 3D la protesi di una mascella per Shirley Anderson, una donna che ha sconfitto il cancro, tramite un processo che da allora porta il suo nome: la tecnica di Shirley. Dall'altra parte del mondo, un'équipe medica di Singapore ha creato una protesi del naso per J.F. Lian, un uomo sopravvissuto a un cancro della pelle, verniciando diverse stampe 3D fino a trovare la tonalità corrispondente alla sua pelle.

Dalla stampa diretta con colori personalizzati o in più colori alla tintura, passando per la verniciatura e l'idroimmersione, è possibile ottenere parti stampate in 3D a colori con diverse proprietà meccaniche. 

Se le stampanti 3D a resina standard offrono superfici lisce adatte alla verniciatura o all'idroimmersione, quelle di Formlabs rendono possibile anche la stampa diretta con colori personalizzati. Allo stesso tempo, le parti SLS possono essere tinte per ottenere colori pieni e uniformi o tonalità sfumate e con effetti particolari. 

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