Le tecniche di stampa 3D

Esistono diverse tecniche di stampa 3D. Le loro differenze principali riguardano il modo in cui sono costruiti gli strati per creare le parti. 

Alcuni metodi usano materiali che si fondono o si ammorbidiscono per produrre gli strati, mentre altri depongono materiali liquidi che sono fatti indurire con tecnologie diverse. Nel caso dei sistemi di laminazione, si hanno strati sottili che vengono tagliati secondo la forma e uniti insieme.
Ogni metodo ha i suoi vantaggi e inconvenienti. Generalmente, i fattori principali presi in considerazione sono la velocità, il costo del prototipo stampato, il costo della stampante 3D, la scelta dei materiali, le colorazioni disponibili, ecc.

1) La Modellazione a deposizione fusa (Fused deposition modeling - FDM), lavora su un principio "additivo" rilasciando il materiale su strati. Un filamento plastico o un filo metallico è srotolato da una spirale che fornisce il materiale da un ugello di estrusione da cui si può avviare e fermare il flusso. L'ugello è riscaldato per poter sciogliere il materiale e può essere spostato sia in direzione orizzontale che verticale da un meccanismo di controllo numerico, controllato direttamente da un software CAM.


2) La Tecnica della stereolitografia laser (SLA) o fusione selettiva adottata dagli approcci del Selective Laser Sintering (SLS) e del Direct Metal Laser Sintering (DMSL) – che utilizza polimeri metallici – mantiene inoltre il materiale granulare non sinterizzato dal laser utilizzandolo come supporto del modello in fase di riproduzione, riducendo l’ausilio di sostegni temporanei. L'utilizzo per la produzione in serie è ipotizzabile laddove altre tecniche di produzione si rivelino difficili e costose ed in genere per produzioni numericamente molto limitate dove il costo fisso delle attrezzature (gusci, stampi ecc) incida eccessivamente. Un'importante applicazione si ha nell'imaging medico dove, a partire da immagini tomografiche o RMN è possibile realizzare in tempi brevi modelli di protesi, parti di ossa, tumori, vasi e altre parti anatomiche su cui il chirurgo può preparare l'intervento.
Una vasca contiene una speciale resina liquida in grado di polimerizzare se esposta alla luce (fotopolimerizzazione). Appena al di sotto del livello del fluido è presente una piastra forata. Un raggio laser viene proiettato da un sistema di specchi in modo da scandire la superficie del liquido e nel contempo modulato in modo da ricostruire una immagine raster della prima sezione dell'oggetto da costruire.
Terminata la prima scansione la piastra si abbassa leggermente e una successiva scansione laser genera una seconda sezione. Il processo si ripete fino a completare l'oggetto.
Se nell'oggetto sono presenti parti non vincolate alla base e che potrebbero cadere mentre vengono create, è necessario prevedere delle colonne di sostegno provvisorie che verranno poi rimosse manualmente.
Al termine della creazione l'oggetto viene estratto dalla resina liquida e posto in un forno a luce ultravioletta per completare la polimerizzazione. Successivamente è possibile rifinire ed anche verniciare la superficie.

Stereolitografia per deposizione
Un ugello estrude una piccola quantità di materiale termoplastico fuso mentre scandisce la superficie di una lastra in modo simile a come avviene durante una stampa a getto d'inchiostro. Al termine della deposizione dello strato, una lama passa sulla superficie in modo da regolarizzare e uniformare il piano. La lastra si abbassa e una nuova scansione crea il successivo livello.
Questa tecnica utilizza macchine e materie prime meno costose rispetto alla tecnica laser ma offre una definizione minore.

3) Nel digital light processing (DLP), una vasca di polimero liquido è esposto alla luce di un proiettore DLP in condizioni di luce inattinica. Il polimero liquido esposto si indurisce. La piastra di costruzione poi si muove in basso in piccoli incrementi e il polimero liquido è di nuovo esposto alla luce. Il processo si ripete finché il modello non è costruito. Il polimero liquido è poi drenato dalla vasca, lasciando il modello solido.



4) Il Laminated Object Manufacturing (LOM), adotta un sistema di laminazione per ottenere sottili strati di materiale successivamente sezionati e uniti.


5) La stampa 3D a getto di inchiostro permette inoltre di ottenere oggetti tridimensionali a colori tramite la sovrapposizione di polimeri granulari colorati attraverso la testina, consentendo di ottenere un elevato dettaglio di finitura in tempi relativamente rapidi.
La stampante crea il modello uno strato alla volta, spargendo uno strato di polvere (gesso oresine) e stampando con il getto d'inchiostro un legante nella sezione trasversale della parte. Il processo viene ripetuto finché non è stampato ogni strato. Questa tecnologia è l'unica che consente la stampa di prototipi interamente a colori. Questo metodo permette anche di realizzare sporgenze. È inoltre riconosciuto come il metodo più veloce.


6) Infine, le configurazioni ultrasottili sono realizzate mediante la tecnica di microfabbricazione 3D della fotopolimerizzazione a due fotoni. In questo approccio, l'oggetto 3D desiderato è evidenziato in un blocco di gel da un laser concentrato. Il gel è fatto indurire in un solido nei punti dov'era concentrato il laser, grazie alla natura non lineare della fotoeccitazione, ed il gel rimanente viene poi lavato via. Si producono facilmente configurazioni con dimensioni al di sotto dei 100 nm, così come strutture complesse quali parti mobili e intrecciate.