La produzione additiva ha sempre più campi di applicazione, sia nel settore del tempo libero che nell'industria e nella tecnologia. Le stampanti 3D hanno rivoluzionato il modo di stampare e costruiscono nuove strutture, che possono variare da piccoli oggetti a tessuti viventi e persino case, o parti aerodinamiche per il motorsport.
Fino a pochi anni fa, la stampa 2D era roba da fantascienza. Molti sognavano di poter stampare oggetti invece di immagini o testo su semplice carta XNUMXD. Ora la tecnologia è così matura che ci sono innumerevoli tecnologie, marchi, modelli, eccetera. In questa guida puoi imparare molto di più su queste particolari stampanti.
Cos'è un voxel?
Se non hai ancora familiarità con il voxel, è importante che tu capisca di cosa si tratta, poiché nella stampa 3D è importante. È l'abbreviazione dell'inglese «volumetric pixel», un'unità cubica che costituisce un oggetto tridimensionale.
In altre parole, lo sarebbe l'equivalente 2D di un pixel. E, come puoi vedere nell'immagine sopra, se quel modello 3D è diviso in cubi, ognuno di essi sarebbe un voxel. È importante specificare di cosa si tratta, poiché alcune stampanti 3D avanzate consentono il controllo di ogni voxel durante la stampa per ottenere risultati migliori.
Cos'è una stampante 3D
Una stampante 3D è una macchina in grado di stampare oggetti con volume da un design al computer. Cioè, come una stampante convenzionale, ma invece di stampare su una superficie piana e in 2D, lo fa con tre dimensioni (larghezza, lunghezza e altezza)). I progetti dai quali si possono ottenere questi risultati possono provenire da un modello 3D o CAD, e anche da un oggetto fisico reale che è stato Scansione XNUMXD.
E possono stampare tutti i tipi di cose, da oggetti semplici come una tazza di caffè, a oggetti molto più complessi come tessuti viventi, case, ecc. In altre parole, il sogno di molti che volevano che i loro disegni stampati prendessero vita dalla carta è qui, e sono abbastanza economici da poter essere utilizzati oltre l'industria, anche a casa.
Storia della stampa 3D
La storia della stampa 3D sembra molto recente, ma la verità è che deve tornare indietro di qualche decennio. Tutto nasce da stampante a getto d'inchiostro dal 1976, da cui sono stati compiuti progressi per sostituire l'inchiostro da stampa con materiali per generare oggetti con volume, compiendo passi importanti e segnando pietre miliari nello sviluppo di questa tecnologia fino alle macchine attuali:
- Nel 1981 viene brevettato il primo dispositivo di stampa 3D. ce l'ha fatta Il dottor Hideo Kodama, dell'Istituto municipale di ricerca industriale di Nagoya (Giappone). L'idea era di utilizzare 2 diversi metodi da lui inventati per la produzione additiva utilizzando resina fotosensibile, in modo simile a come vengono realizzati i chip. Tuttavia, il suo progetto sarebbe stato abbandonato per mancanza di interesse e finanziamenti.
- In questo stesso decennio, ingegneri francesi Alain Le Méhauté, Olivier de Witte e Jean-Claude André, ha iniziato a studiare la tecnologia di produzione per solidificazione di resine fotosensibili con polimerizzazione UV. Il CNRS non approverebbe il progetto per mancanza di aree di applicazione. E, sebbene abbiano richiesto un brevetto nel 1984, alla fine sarebbe stato abbandonato.
- charles scafoNel 1984 ha co-fondato la società 3D Systems, inventando la stereolitografia (SLA). È un processo mediante il quale un oggetto 3D può essere stampato da un modello digitale.
- La prima macchina 3D di tipo SLA Ha iniziato ad essere commercializzato nel 1992, ma i suoi prezzi erano piuttosto alti ed era ancora un'attrezzatura molto semplice.
- Nel 1999 viene segnato un altro grande traguardo, questa volta riferito a bioprinting, essendo in grado di generare un organo umano in un laboratorio, in particolare una vescica urinaria utilizzando un rivestimento sintetico con le cellule staminali stesse. Questa pietra miliare ha la sua origine nel Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, aprendo le porte alla produzione di organi per i trapianti.
- El Il rene stampato in 3D sarebbe arrivato nel 2002. Era un modello perfettamente funzionante con la capacità di filtrare il sangue e produrre urina in un animale. Questo sviluppo è stato creato anche nello stesso istituto.
- Adrian Bowyer fonda RepRap presso l'Università di Bath nel 2005. Si tratta di un'iniziativa open source per costruire stampanti 3D economiche che si autoreplicano, ovvero possono stampare le proprie parti e utilizzare materiali di consumo come Filamenti 3D.
- Un anno dopo, nel 2006, arriva la tecnologia SLS e la possibilità di produzione in serie grazie al laser. Con esso si aprono le porte all'uso industriale.
- Il 2008 sarebbe l'anno della prima stampante con capacità di autoreplicazione. Era il Darwin di RepRap. Nello stesso anno sono iniziati anche i servizi di co-creazione, siti Web in cui le comunità potevano condividere i loro progetti 3D in modo che altri potessero stamparli sulle proprie stampanti 3D.
- Significativi progressi sono stati compiuti anche nel Permesso per protesi 3D. Il 2008 sarà l'anno in cui la prima persona potrà camminare grazie a una protesi di gamba stampata.
- Il 2009 è l'anno di Makerbot e kit di stampanti 3D, in modo che molti utenti possano acquistarle a buon mercato e costruire da soli la propria stampante. Ovvero, orientato ai maker e al fai da te. Nello stesso anno, il dottor Gabor Forgacs fa un altro grande passo avanti nella biostampa, essendo in grado di creare vasi sanguigni.
- El primo aereo stampato in 3D sarebbe arrivato nel 2011, creato da ingegneri dell'Università di Southampton. Era un progetto senza pilota, ma poteva essere prodotto in soli 7 giorni e con un budget di 7000 euro. Questo ha aperto il divieto per la fabbricazione di molti altri prodotti. Nello stesso anno, infatti, sarebbe arrivato il primo prototipo di auto stampato, l'Urbee di Kor Ecologic, con prezzi compresi tra 12.000 e 60.000 euro.
- Allo stesso tempo, la stampa iniziò ad utilizzare materiali nobili come argento sterling e oro 14kt, aprendo così un nuovo mercato per i gioiellieri, potendo creare pezzi più economici utilizzando il materiale preciso.
- Nel 2012 sarebbe arrivato il primo impianto protesico mascellare Stampato in 3D grazie a un gruppo di ricercatori belgi e olandesi.
- E attualmente il mercato non smette di trovare nuove applicazioni, migliorarne le prestazioni, e di continuare ad espandersi da parte di aziende e abitazioni.
Attualmente, se te lo stai chiedendo quanto costa una stampante 3d, può variare da poco più di 100 o 200 euro nel caso dei più economici e piccoli, a 1000 euro o più nel caso dei più avanzati e più grandi, e anche alcuni che costano migliaia di euro per il settore industriale.
Che cos'è la produzione additiva o AM
La stampa 3D non è altro che una produzione additiva, ovvero un processo produttivo che, per creare modelli 3D, sovrappone strati di materiale. Tutto il contrario della lavorazione sottrattiva, che si basa su un blocco iniziale (lamiera, lingotto, blocco, barra,...) dal quale viene gradualmente asportato materiale fino ad ottenere il prodotto finale. Ad esempio, come lavorazione sottrattiva hai un pezzo scolpito al tornio, che inizia con un blocco di legno.
Grazie a questo metodo rivoluzionario puoi ottenere una produzione economica di oggetti a casa, modelli per ingegneri e architetti, ottenere prototipi per i test, ecc. Inoltre, questa produzione additiva ha permesso di creare parti che prima erano impossibili con altri metodi come stampi, estrusione, ecc.
Cos'è la biostampa
Il bioprinting è un tipo speciale di produzione additiva, creata anche con stampanti 3D, ma i cui risultati sono molto diversi dagli inerti. Maggio creare tessuti e organi viventi, da pelle umana a organo vitale. Possono anche produrre materiali biocompatibili, come quelli per protesi o impianti.
Questo può essere ottenuto da due metodi:
- Una struttura, una sorta di supporto o un'impalcatura è costruita con materiali compositi polimeri biocompatibili che non siano respinti dal corpo e che le cellule li accetteranno. Queste strutture vengono introdotte in un bioreattore in modo che possano essere popolate da cellule e una volta inserite nel corpo, lasceranno gradualmente il posto alle cellule dell'organismo ospite.
- È un'impressione di organi o tessuti strato dopo strato, ma invece di utilizzare materiali come plastica o altri, colture cellulari vive e un metodo di fissaggio chiamato biopaper (materiale biodegradabile) per modellare.
Come funzionano le stampanti 3D
El come funziona una stampante 3d È molto più semplice di quanto possa sembrare:
- Puoi iniziare da zero con il software Modellazione 3D o progettazione CAD per generare il modello che desideri, oppure scaricare un file già creato e persino utilizzare uno scanner 3D per ottenere il modello 3D da un oggetto fisico reale.
- Ora hai il Modello 3D archiviato in un file digitale, cioè da informazioni digitali con le dimensioni e le forme dell'oggetto.
- Quanto segue è affettare, un processo in cui il modello 3D viene "tagliato" in centinaia o migliaia di strati o fette. Cioè, come suddividere il modello in base al software.
- Quando l'utente clicca sul pulsante di stampa, la stampante 3D collegata al PC tramite cavo USB, o rete, o il file passato su SD card o pen drive, sarà interpretato dal processore della stampante.
- Da lì, la stampante andrà controllare i motori per muovere la testa e generare così strato dopo strato fino al raggiungimento del modello finale. Simile a una stampante convenzionale, ma il volume aumenterà strato dopo strato.
- Il modo in cui questi livelli vengono generati può variare in base alla tecnologia che hanno stampanti 3D. Ad esempio, possono essere per estrusione o per resina.
Progettazione 3D e stampa 3D
Una volta che sai cos'è una stampante 3D e come funziona, la prossima cosa è conoscere il software o gli strumenti necessari da stampare. Qualcosa di essenziale se vuoi passare da uno schizzo o un'idea a un vero oggetto 3D.
Dovresti sapere che esistono diversi tipi fondamentali di software per le stampanti 3D:
- Da un lato ci sono i programmi di Modellazione 3D o progettazione CAD 3D con cui un utente può creare i disegni da zero o modificarli.
- D'altra parte c'è il cosiddetto software affettatrice, che converte il modello 3D in istruzioni specifiche da stampare sulla stampante 3D.
- C'è anche il file software di modifica mesh. Questi programmi, come MeshLab, vengono utilizzati per modificare le mesh dei modelli 3D quando causano problemi durante la stampa, poiché altri programmi potrebbero non tenere conto del modo in cui funzionano le stampanti 3D.
Software per stampanti 3D
Ecco alcuni dei miglior software di stampa 3d, sia a pagamento che gratuiti, per Modellazione 3D y Progettazione CAD, nonché software gratuito o open source:
Sketchup
Google e l'ultimo software creato SketchUp, anche se alla fine è passato nelle mani della società Trimble. È un software proprietario e gratuito (con diverse tipologie di piani di pagamento) e anche con la possibilità di scegliere se utilizzarlo sul desktop di Windows o sul web (qualsiasi sistema operativo con browser web compatibile).
Questo programma di progettazione grafica e modellazione 3D è uno dei migliori. Con esso puoi creare tutti i tipi di strutture, sebbene sia appositamente progettato per progetti architettonici, design industriale, ecc.
Cura Ultimaker
Ultimaker ha creato Cura, un'applicazione appositamente progettata per le stampanti 3D con cui i parametri di stampa possono essere modificati e trasformati in codice G. È stato creato da David Raan mentre lavorava in questa azienda, anche se per una manutenzione più semplice apriva il suo codice sotto la licenza LGPLv3. Ora è open source, consentendo una maggiore compatibilità con software CAD di terze parti.
Al giorno d'oggi, è così popolare che è un dei più usati al mondo, con oltre 1 milione di utenti di diversi settori.
affettatrice
Anche l'azienda Prusa ha voluto creare il proprio software. È lo strumento open source chiamato Prusa Affettatrice. Questa app è molto ricca in termini di funzioni e caratteristiche, e ha uno sviluppo abbastanza attivo.
Con questo programma sarai in grado di esportare modelli 3D in file nativi che possono essere adattati le stampanti originali Prusa.
creatore di idee
Questo altro programma è gratuito e può essere installato su entrambi Microsoft Windows, macOS e su GNU/Linux. Ideamaker è appositamente progettato per i prodotti Raise3D, ed è un'altra affettatrice con cui puoi gestire i tuoi prototipi per la stampa in modo agile.
freecad
FreeCAD ha bisogno di poche presentazioni, è un progetto open source e completamente gratuito per la progettazione CAD 3D. Con esso puoi creare qualsiasi modello, come faresti in Autodesk AutoCAD, la versione a pagamento e il codice proprietario.
È semplice da usare, con un'interfaccia intuitiva e ricca di strumenti con cui lavorare. Ecco perché è uno dei più utilizzati. Si basa su OpenCASCADE ed è scritto in C++ e Python, sotto licenza GNU GPL.
Frullatore
Un'altra grande conoscenza nel mondo del software libero. Questo fantastico software è utilizzato anche da molti professionisti, vista la potenza e risultati offre. Disponibile su più piattaforme, come Windows e Linux, e con licenza GPL.
Ma la cosa più importante di questo software è che non serve solo a illuminazione, rendering, animazione e creazione di grafiche tridimensionali per video animati, videogiochi, dipinti, ecc., ma puoi anche usarlo per la modellazione 3D e creare ciò che ti serve per stampare.
Autodesk AutoCAD
È una piattaforma simile a FreeCAD, ma è un software proprietario ea pagamento. Le tue licenze hanno un prezzo elevato, ma è uno dei programmi più utilizzati a livello professionale. Con questo software sarai in grado di creare progetti CAD sia 2D che 3D, aggiungendo mobilità, numerose trame ai materiali, ecc.
È disponibile per Microsoft Windows e uno dei suoi vantaggi è la compatibilità con File DWF, che sono tra i più diffusi e sviluppati dalla stessa società Autodesk.
Autodesk Fusion 360
Autodesk Fusion 360 Ha molte somiglianze con AutoCAD, ma si basa su una piattaforma cloud, quindi puoi lavorare da dove vuoi e avere sempre la versione più avanzata di questo software. In questo caso dovrai anche pagare degli abbonamenti, che non sono nemmeno proprio economici.
Tinkercad
TinkerCAD è un altro programma di modellazione 3D che può essere utilizzato in linea, da un browser web, che apre notevolmente le possibilità di usarlo ovunque ti serva. Dal 2011 sta guadagnando utenti ed è diventata una piattaforma molto popolare tra gli utenti di stampanti 3D e persino nei centri educativi, poiché la sua curva di apprendimento è molto più semplice di quella di Autodesk.
laboratorio di maglia
È disponibile per Linux, Windows e macOS ed è completamente gratuito e open source. MeshLab è un sistema software di elaborazione mesh 3D. L'obiettivo di questo software è gestire queste strutture per l'editing, la riparazione, l'ispezione, il rendering, ecc.
SolidWorks
L'azienda europea Dassault Systèmes, dalla sua controllata SolidWorks Corp., ha sviluppato uno dei migliori e più professionali software CAD per la modellazione 2D e 3D. SolidWorks potrebbe essere un'alternativa ad Autodesk AutoCAD, ma lo è appositamente progettato per la modellazione di sistemi meccanici. Non è gratuito, né open source ed è disponibile per Windows.
Creo
Infine, Creo è un altro dei migliori software CAD/CAM/CAE per le stampanti 3D puoi trovare. È un software creato da PTC e che consente di progettare una moltitudine di prodotti di alta qualità, in modo rapido e con poco lavoro. Tutto grazie alla sua interfaccia intuitiva progettata per migliorare usabilità e produttività. È possibile sviluppare parti per la produzione additiva e sottrattiva, nonché per la simulazione, la progettazione generativa, ecc. È a pagamento, closed source e solo per Windows.
3D stampa
Il passaggio successivo per progettare utilizzando il software di cui sopra è la stampa vera e propria. Cioè, quando da quel file con il modello la stampante 3D inizia a generare i livelli fino a completare il modello e ottenere il disegno vero e proprio.
Questo il processo potrebbe richiedere più o meno, a seconda della velocità di stampa, della complessità del pezzo e delle sue dimensioni. Ma potrebbe passare da pochi minuti a ore. Durante questo processo, la stampante può essere lasciata incustodita, anche se è sempre positivo monitorare il lavoro di volta in volta per evitare che problemi finiscano per compromettere il risultato finale.
Dopo processo
Naturalmente, una volta che la parte ha finito di stampare sulla stampante 3D, il lavoro non finisce qui nella maggior parte dei casi. Poi di solito ne arrivano altri passaggi aggiuntivi noti come post-elaborazione come:
- Elimina alcune parti che devono essere generate e che non fanno parte del modello finale, come una base o un supporto necessario per il supporto della parte.
- Carteggiare o lucidare la superficie per ottenere una migliore finitura finale.
- Trattamento superficiale dell'oggetto, come verniciatura, verniciatura, bagni, ecc.
- Alcuni pezzi, come i pezzi di metallo, potrebbero anche richiedere altri processi come la cottura.
- Nel caso in cui un pezzo abbia dovuto essere diviso in parti perché non è stato possibile costruire il tutto a causa delle sue dimensioni, potrebbe essere necessario unire le parti (montaggio, colla, saldatura...).
Frequenti dubbi
Infine, la sezione su FAQ o domande e risposte frequenti che di solito si verificano quando si utilizza una stampante 3D. I più ricercati sono:
Come aprire STL
Una delle domande più frequenti è come puoi aprire o visualizzare un file .stl. Questa estensione si riferisce a file di stereolitografia e può essere aperta e persino modificata dal software Dassault Systèmes CATIA tra altri programmi CAD come AutoCAD ecc.
Oltre agli STL, ci sono anche altri file come .obj, .dwg, .dxf, eccetera. Tutti abbastanza popolari e che possono essere aperti con molti programmi diversi e persino convertiti tra formati.
Modelli 3D
Dovresti sapere che non devi sempre creare tu stesso il disegno 3D, puoi ottenere modelli già pronti di ogni genere di cose, dalle figure di videogiochi o film, a pratici articoli per la casa, giocattoli, protesi, maschere, telefono casi, ecc. Raspberry Pi, e altro ancora. Ci sono sempre più siti Web con librerie di questi modelli pronti per il download e la stampa sulla tua stampante 3D. Alcuni siti consigliati sono:
- Thingiverse
- Galleria di immagini 3D
- Stampanti Prusa
- immagina
- Grab Cad
- La mia MiniFabbrica
- a forma di spillo
- TurboSquid
- 3DEsport
- 3D gratuito
- tremava
- Galleria di stampa 3D XYZ
- Culti3D
- riparabile
- 3DaGoGo
- Free3D
- La Forge
- NASA
- Piani delle lezioni Dremel
- Nuvola Polare
- cercatore
- Sketchfab
- hum3d
Dal modello reale (scansione 3D)
Un'altra possibilità, se quello che vuoi è ricreare un clone perfetto o una replica di un altro oggetto 3D, è usare a Scanner 3D. Sono dispositivi che consentono di tracciare la forma di un oggetto, trasferendo il modello su un file digitale e consentendone la stampa.
Applicazioni e usi della stampante 3D
Infine, le stampanti 3D lo sono può essere utilizzato per molte applicazioni. Gli usi più diffusi che si possono dare sono:
prototipi ingegneristici
Uno degli usi più diffusi delle stampanti 3D in ambito professionale è per la prototipazione rapida, ovvero per prototipazione rapida. Sia per ottenere parti per un'auto da corsa, come una Formula 1, sia per creare prototipi di motori o meccanismi complessi.
In questo modo, l'ingegnere può ottenere un pezzo molto più velocemente che se dovesse essere inviato a una fabbrica per la produzione, nonché ottenere prototipi di prova per vedere se un modello finale funzionerebbe come previsto.
Architettura e costruzione
Naturalmente, e strettamente correlati a quanto sopra, possono anche essere usati costruire strutture ed eseguire prove meccaniche per architetti, o costruire alcuni pezzi che non possono essere realizzati con altre procedure, creare prototipi di edifici o altri oggetti come campioni o modelli, ecc.
Inoltre, l'emergere di stampanti per cemento e altri materiali, hanno anche aperto le porte alla possibilità di stampare case in modo rapido, molto più efficiente e rispettoso dell'ambiente. È stato persino proposto di portare questo tipo di stampante su altri pianeti per future colonie.
Progettazione e personalizzazione di gioielli e altri accessori
Una delle cose più diffuse è gioielli stampati. Un modo per ottenere pezzi unici e veloci, con caratteristiche personalizzate. Alcune stampanti 3D possono stampare alcuni ciondoli e accessori in materiali come nylon o plastica in diversi colori, ma ce ne sono anche altre utilizzate nel campo della gioielleria professionale che possono utilizzare metalli nobili come oro o argento.
Qui potresti anche includere alcuni prodotti che vengono stampati di recente, come abbigliamento, calzature, accessori moda, ecc.
Tempo libero: cose fatte con la stampante 3D
Non dimentichiamolo tempo libero, che è ciò per cui vengono utilizzate molte stampanti 3D domestiche. Questi usi possono essere molto vari, dalla creazione di un supporto personalizzato, allo sviluppo di decorazioni o pezzi di ricambio, alla pittura di figure dei tuoi personaggi immaginari preferiti, custodie per progetti fai-da-te, tazze personalizzate, ecc. Cioè, per usi senza scopo di lucro.
Industria manifatturiera
Molti industrie manufatturiere utilizzano già stampanti 3D per produrre i loro prodotti. Non solo per i vantaggi di questo tipo di produzione additiva, ma anche perché a volte, data la complessità di un progetto, non è possibile realizzarlo con metodi tradizionali come l'estrusione, l'uso di stampi, ecc. Inoltre, queste stampanti si sono evolute, potendo utilizzare materiali molto diversi, compresa la stampa di parti metalliche.
È anche comune fare parti per i veicoli, e anche per gli aerei, in quanto consentono di ottenere alcune parti molto leggere e più efficienti. I grandi come AirBus, Boeing, Ferrari, McLaren, Mercedes, ecc., li hanno già.
Le stampanti 3D in medicina: odontoiatria, protesica, bioprinting
Un altro dei grandi settori in cui utilizzare le stampanti 3D è il campo della salute. Possono essere utilizzati per molti scopi:
- Produrre protesi dentarie in modo più preciso, nonché staffe, ecc.
- Bioprinting di tessuti come pelle o organi per futuri trapianti.
- Altri tipi di protesi per problemi ossei, motori o muscolari.
- Ortopedia.
- ecc.
Cibo stampato / cibo
Le stampanti 3D possono essere utilizzate per creare decorazioni sui piatti, o per stampare dolci come i cioccolatini in una determinata forma, e anche per molti altri cibi diversi. quindi, il industria alimentare cerca anche di sfruttare i vantaggi di queste macchine.
Inoltre, un modo di migliorare il cibo dal punto di vista nutrizionale, come la stampa di filetti di carne ricavati da proteine riciclate o dai quali sono stati rimossi alcuni prodotti nocivi che possono essere presenti nella carne naturale. Ci sono anche alcuni progetti per creare prodotti per vegani o vegetariani che simulano veri prodotti a base di carne, ma sono creati da proteine vegetali.
Educazione
E, naturalmente, le stampanti 3D sono uno strumento che inonderà i centri educativi, dal momento che lo sono un compagno fantastico per le classi. Con loro, gli insegnanti possono generare modelli in modo che gli studenti imparino in modo pratico e intuitivo, oppure gli studenti stessi potrebbero sviluppare la loro capacità di ingegno e creare ogni genere di cose.
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