Quale tecnologia di stampa 3D scegliere tra SLA e FDM?

Una delle considerazioni principali nella scelta tra stampa 3D FDM e SLA è il costo dei materiali. I materiali utilizzati nella FDM, come il PLA o il PETG, sono molto più convenienti delle resine per la SLA, con prezzi dei filamenti che oscillano spesso tra i 20 e i 50 €/kg. I prezzi delle resine per la SLA, invece, si aggirano intorno ai 50 €/kg, ma possono anche essere molto più elevati a seconda del tipo e della qualità di resina. Per i progetti che richiedono grandi quantità di materiale, il minor costo al chilogrammo della FDM la rende una scelta più abbordabile.

Un ulteriore risparmio sui costi dei materiali si può ottenere regolando il riempimento delle stampe FDM, che molto raramente vengono realizzate con una densità completa. Ciò significa che è possibile creare parti parzialmente cave, con conseguenti risparmio di materiale e riduzione di peso, ma al costo di qualche compromesso sull'integrità strutturale. La SLA, al contrario, produce in genere parti completamente dense, il che la rende meno efficiente dal punto di vista del consumo di materiale per le applicazioni in cui la resistenza non è la priorità.

Alcuni software di preparazione della stampa SLA, come PreForm, hanno uno strumento integrato per l'aggiunta di cavità alle parti che permette di ottenere lo stesso risparmio sul costo del materiale di un riempimento parziale.

La FDM offre molta più flessibilità della SLA in termini di varietà di colori. Il filamento di PLA, in particolare, è disponibile in un'ampia gamma di colori, incluse opzioni multicolore, e finiture speciali tra cui simil-seta, opache e persino fosforescenti. Questa varietà rende la verniciatura superflua in molti casi.

Le resine SLA sono disponibili in una gamma di colori più limitata rispetto al PLA, in parte perché i componenti fotoreattivi delle resine per la stampa 3D possono essere sensibili alla concentrazione di pigmento. Le stampe 3D SLA possono essere verniciate o rivestite, ed esistono alcuni prodotti appositi per creare miscele di resina colorata personalizzate. Tuttavia, in generale, la FDM offre più opzioni di colore rispetto alla SLA.

Un ulteriore vantaggio della FDM è la semplicità di post-elaborazione. Nella FDM, le parti stampate sono subito pronte all'uso: non devono essere lavate o polimerizzate, al contrario delle stampe SLA.

Le parti SLA richiedono il lavaggio con alcool isopropilico o altre soluzioni di pulizia specifiche, come la Formlabs Resin Washing Solution. L'alcool isopropilico è estremamente efficace per la pulizia delle parti rivestite di resina, ma emana odore e i gas sono infiammabili, il che può renderlo una scelta inadatta ad alcuni ambienti come le case o le scuole con bambini piccoli. La Formlabs Resin Washing Solution è un'alternativa non infiammabile all'alcool isopropilico che può essere utilizzata per la fase di lavaggio delle stampe 3D in resina.

Le parti SLA possono anche richiedere la polimerizzazione mediante luce UV e calore per raggiungere la resistenza finale o eventualmente la biocompatibilità. Scopri di più sulla post-elaborazione delle stampe 3D in resina.

Tuttavia, è importante sottolineare che la post-elaborazione delle parti FDM non sempre è più veloce. La rimozione dei supporti dalle stampe FDM può risultare complicata e per ottenere superfici lisce può essere necessaria una lunga levigazione manuale, soprattutto per le geometrie complesse. Ma per chi apprezza la comodità di ottenere parti ottimali direttamente dalla stampante, senza sottoporle a post-elaborazione con un'elevata quantità di sostanze chimiche, la FDM è spesso la scelta migliore.

Per i progetti che richiedono dettagli precisi, superfici lisce e un'accuratezza eccezionale, la SLA è spesso la scelta migliore, anche se comporta costi dei materiali più elevati e ulteriori fasi di post-elaborazione. La sua capacità di fornire risultati di livello professionale la rende uno strumento utile per le applicazioni specializzate, in cui la FDM potrebbe non essere all'altezza.

La SLA è spesso la scelta preferita nei casi in cui l'accuratezza è fondamentale. Le stampanti SLA utilizzano una fonte di luce, laser o LED, per polimerizzare la resina liquida strato dopo strato e ottenere stampe estremamente precise e uniformi. Questo processo permette di produrre parti con tolleranze ridotte, pertanto è ideale per applicazioni come modelli dentali, prototipi di gioielli e parti ingegneristiche che richiedono dimensioni esatte. La stampa FDM, invece, estrude un filamento fuso, il che può causare lievi irregolarità dovute al movimento dell'ugello, all'adesione tra gli strati e al restringimento del materiale. Quando la precisione non è negoziabile, la SLA è una scelta di gran lunga più indicata rispetto alla FDM.

Il fornitore di parti automobilistiche per il mercato post-vendita Dorman Products utilizza le stampanti 3D SLA di Formlabs per la prototipazione e il controllo qualità perché garantiscono un'accuratezza elevata. Il team deve sapere esattamente quale variazione dimensionale possono tollerare le parti prima che i prodotti vengano immessi sul mercato e installati sulle auto, quindi le sottopone ad analisi dimensionali del tipo passa/non passa. A volte queste analisi richiedono tolleranze ridotte che non erano certi di poter ottenere con un calibro stampato in 3D, fino a quando non hanno acquistato le stampanti Form 3+ e Form 3L. Ora possono ottenere parti stampate in 3D con tolleranze sbalorditive di appena 0,025 mm.

Con le stampanti Form 4 e Form 4L questa tolleranza si riduce ancora di più, con valori pari a ±0,15% su particolari di 1-30 mm (limite inferiore: ±0,02 mm) e a ±0,3% su particolari di 81-150 mm (limite inferiore: ±0,15 mm). 

Un ulteriore grande vantaggio della SLA è la sua capacità di creare parti dalla finitura superficiale superiore, lisce e semi-opache appena uscite dalla stampante. Questa caratteristica è particolarmente vantaggiosa per le parti estetiche, come i prototipi funzionali, e per applicazioni come i dispositivi medici, in cui la finitura superficiale può influire sulla funzionalità. Le stampe FDM, invece, tendono a presentare linee degli strati visibili, soprattutto sulle superfici curve, e spesso vanno sottoposte a una levigazione approfondita o a post-elaborazione per ottenere risultati comparabili.

Le superfici lisce possono essere fondamentali per alcune applicazioni, come lo stampaggio in silicone e i test nella galleria del vento, ma anche nel workflow di stampa 3D, come nel caso di Archer Aviation. Come ha raccontato il responsabile di design Julien Thiebaud: "Apprezzo molto il fatto di poter rimuovere tutti i pezzi di supporto solo con un dito, senza usare strumenti. Li laviamo, polimerizziamo e poi li applichiamo subito al prototipo. La finitura manuale richiesta è minima, e spesso perfino superflua. La qualità complessiva è incredibile."

La SLA è una tecnologia eccellente nella produzione di dettagli piccoli e complessi. La risoluzione XY delle stampanti SLA consente di creare dettagli estremamente minuti, come pareti sottili, bordi definiti e geometrie complesse. Sebbene la FDM permetta di stampare dettagli di piccole dimensioni, è limitata dalle dimensioni dell'ugello e dal comportamento del filamento fuso, che può portare a dettagli non precisi o appiattiti.

Il centro di prototipazione avanzata Advanced Prototyping Center di Microsoft utilizza molte stampanti 3D, tra cui quelle SLA e SLS di Formlabs, per eseguire iterazioni di prototipi di design e brevi cicli di produzione Proof-of-Concept. Le parti che producono possono essere sia grandi, come le custodie per i Surface Laptop, che piccole, come i connettori elettrici nell'immagine qui sotto. Sebbene la FDM possa teoricamente essere adatta per le parti di grandi dimensioni, anche le più sofisticate stampanti FDM farebbero fatica a riprodurre i minuscoli dettagli negativi e positivi di una parte come un connettore.

La SLA stampa parti completamente dense, cosa che la FDM non è in grado di fare. Anche con un riempimento del 100% e impostazioni di stampa configurate per estrudere più materiale, le parti stampate tramite FDM presentano piccoli crateri non riempiti dalla plastica estrusa. Di conseguenza, la FDM non è in grado di creare parti isotropiche, otticamente trasparenti o impermeabili, al contrario della SLA.

Molte parti destinate all'uso con liquidi e gas, dai collettori dei motori ai robot sottomarini, devono resistere alla pressione senza che si verifichino fuoriuscite. Le parti completamente dense create con la stampa 3D SLA possono essere ermetiche, a differenza delle parti FDM, che presentano vuoti d'aria che devono essere riempiti o sigillati per evitare fuoriuscite.

I team di ricerca dell'Università del Rhode Island hanno testato recipienti a pressione stampati in diversi materiali e hanno scoperto che le parti stampate tramite SLA hanno resistito a oltre 1500 psi, o 100 bar. La Rigid 10K Resin, che è un materiale ingegneristico rinforzato con vetro, ha resistito a oltre 5500 psi, o 379 bar, prima di implodere. Per scoprire tutti i dettagli dell'esperimento e i risultati, leggi il whitepaper.

L'Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory (AOML) della National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) degli Stati Uniti voleva utilizzare la stampa 3D per produrre attrezzature di ricerca personalizzate in modo rapido ed economico. Alcune parti, come gli alloggiamenti dei componenti elettronici, dovevano mantenere l'acqua all'esterno, mentre altre all'interno, come il sistema di campionamento dell'acqua. Il team ha iniziato con una stampante 3D FDM, ma si è subito reso conto che il liquido riusciva a penetrare o fuoriuscire dalle parti stampate. È quindi passato alle stampanti 3D SLA di Formlabs e da allora è stato in grado di utilizzare parti stampate in 3D con componenti pronti all'uso, come i tubi in PVC, per creare sistemi di campionamento impermeabili personalizzati e a basso costo.

Oltre a non essere completamente dense, le stampe FDM sono significativamente più deboli sull'asse Z che sugli assi X e Y. Invece, le stampe SLA sono isotropiche, ovvero presentano la stessa resistenza in tutte le direzioni.

L'azienda australiana Foil Drive, che produce attrezzature da foiling elettriche per uso marino, sottopone le sue eliche per utilizzo finale stampate in 3D a forze estreme. Le eliche girano a 3000 rpm, con ulteriore coppia mentre entrano ed escono dall'acqua. "I requisiti imposti dalle forze a cui sono soggette le pale dell'elica sono estremi", ha affermato Paul Martin, fondatore e AD dell'azienda.

Dopo aver provato le stampanti FDM, ottenendo parti che si rompevano a causa delle forze di taglio elevate, e stampanti SLA a basso costo, con un lotto di materiale scadente che ha portato a parti difettose, Martin ha iniziato a utilizzare una stampante SLA Formlabs di grande formato e una resina rinforzata con vetro ad alte prestazioni per produrre le eliche. "L'uso della Rigid 4000 Resin ha rappresentato la svolta", ha affermato Martin. "Ci ha permesso di produrre migliaia di parti e di spedirle in tutto il mondo affinché fossero impiegate come pale d'elica per utilizzo finale."

Sebbene siano disponibili filamenti trasparenti compatibili con le stampanti FDM, i piccoli crateri che rimangono tra i filamenti estrusi conferiscono alle parti stampate un aspetto opaco o "ghiacciato". Molte persone hanno notato che riducendo il raffreddamento e rallentando l’estrusione si può ottenere una maggiore traslucenza, ma l’aria intrappolata che rimane tra gli strati limita comunque la trasparenza della parte.

La trasparenza delle parti ha una funzione pratica, poiché permette di osservare aree che in una parte opaca rimarrebbero oscurate. L'azienda produttrice di droni Skydio usa la Clear Resin per realizzare prototipi traslucidi che consentono al team di ingegneria di posizionare i fili elettrici attraverso geometrie complesse. L'azienda di neurotecnologie OpenBCI la usa invece per realizzare prototipi di strumenti che permettono al team di progettazione di osservare il flusso di materiale durante lo stampaggio e ottimizzare la posizione degli estrattori.

Dopo la stampa, le parti possono essere lucidate, rivestite o trattate per aumentare la trasparenza e proteggere dall'ingiallimento dovuto all'esposizione ai raggi UV. Leggi la nostra guida alla stampa 3D di parti trasparenti per scoprire buone pratiche ed esempi.

Tutte le stampe FDM, anche quelle realizzate con filamenti speciali resistenti alle alte temperature, si fondono quando sottoposte a calore sufficientemente elevato. La maggior parte dei materiali FDM sono termoplastiche amorfe, che si deformano gradualmente man mano che la viscosità diminuisce oltre la loro temperatura di transizione vetrosa (spesso indicata come "Tg"). Alcuni materiali FDM, come il nylon e il TPU, sono termoplastiche semicristalline, il che significa che mantengono la forma fino a quando non si avvicinano al punto di fusione, dopodiché si deformano significativamente e in modo rapido. In sostanza, le parti realizzate tramite stampa FDM si fondono in ogni caso.

I materiali SLA, invece, in quanto plastiche termoindurenti, non si fondono mai ad alte temperature. Potrebbero deformarsi sotto carico in condizioni di calore elevato, ma si tratta di un fenomeno diverso dalla fusione. Questo aspetto rende le parti SLA particolarmente adatte, più della FDM o della SLS, ad applicazioni a temperature elevate. Per maggiori informazioni, leggi la nostra guida alla stampa 3D ad alte temperature.

La stabilità alle alte temperature, anche se per breve tempo, può consentire ai team di ingegneria di testare le reazioni di combustione dei componenti di motori e razzi su prototipi stampati in 3D in plastica, con un notevole risparmio di tempo e denaro rispetto alle parti in metallo.

L'ingegnere aerospaziale Sam Rogers ha utilizzato la stampa 3D SLA per la prototipazione del design del sistema di accensione del motore per un razzo con raffreddamento a vortice. Anche con il raffreddamento a vortice, le parti FDM si sarebbero deformate eccessivamente, rendendo inutile il test. Con la Clear Resin, non solo ha potuto osservare lo schema di accensione, ma anche constatare che la geometria rimaneva sufficientemente stabile almeno per alcuni secondi in ogni test.

Guarda il video qui sotto per scoprire i dettagli del lavoro di Rogers con il prototipo in Clear Resin.

Grazie alla resistenza alle alte temperature, le parti SLA possono essere sterilizzate per l'uso nei trattamenti medici e odontoiatrici. Inoltre, sono in grado di resistere sia alla sterilizzazione a raggi gamma che a quella a vapore in autoclave.

L'azienda produttrice di dispositivi medici restor3d utilizza le stampanti 3D SLA di Formlabs per realizzare strumenti chirurgici per utilizzo finale. Normalmente, la plastica non viene utilizzata negli strumenti chirurgici perché si scioglierebbe con il calore e la pressione dell'autoclave. Gli strumenti creati da restor3d combinano parti in metallo e polimeriche, il che permette di mantenere la resistenza all'autoclavaggio, ma con costi inferiori rispetto ai classici strumenti interamente in metallo.

È importante sottolineare che la capacità di resistere alle condizioni di sterilizzazione è solo uno dei requisiti di un materiale per uso medico. Poiché la biocompatibilità è un argomento complesso, consigliamo di leggere la guida di Formlabs alle resine biocompatibili per la stampa 3D per una spiegazione approfondita.

Molti processi di stampaggio, tra cui stampaggio a iniezione, stampaggio per soffiaggio e termoformatura, sono svolti a temperature elevate. Gli strumenti per queste operazioni vengono realizzati generalmente in metalli come l'alluminio per garantire elevata robustezza e resistenza alle alte temperature, ma gli stampi e le matrici in metallo creati tramite lavorazione meccanica possono avere costi proibitivi. La stampa 3D può ridurre i tempi di consegna e i costi associati alla creazione delle attrezzature, soprattutto per prototipi o cicli di produzione brevi, a condizione che i materiali siano in grado di resistere alle condizioni del processo in questione.

Supporti di produzione come dime e fissaggi sono fondamentali nella lavorazione dei metalli, poiché garantiscono precisione, affidabilità ed efficienza. Tuttavia, produrli con i metodi tradizionali può richiedere anche un paio di settimane, avere costi superiori ai 1000 € e limitare le geometrie realizzabili. Red Oak Fabrication è un'officina meccanica con sede in Iowa che utilizza la stampa 3D SLA per produrre dime personalizzate nel giro di poche ore, a un decimo del prezzo della lavorazione meccanica CNC e con geometrie complesse e forme organiche.

Le operazioni di saldatura raggiungono di norma temperature di alcune migliaia di gradi Celsius, ma le dime non entrano direttamente a contatto con la saldatura e il tempo di lavorazione è di soli dieci secondi. Il team di Red Oak Fabrication stampa le dime in Rigid 10K Resin, un materiale rigido rinforzato con vetro che offre una temperatura di distorsione termica di 238 °C a 0,45 MPa. Nonostante il materiale bianco subisca un lieve annerimento, le prestazioni rimangono inalterate.