La stereolitografia è una tecnica che permette di realizzare singoli oggetti tridimensionali a partire direttamente da dati digitali elaborati da un software CAD/CAM impiegando particolari resine fotosensibili solidificate tramite una sorgente UV. Può essere impiegata anche per produrre velocemente pezzi di ricambio, facendosi inviare il file attraverso internet. L'utilizzo per la produzione in serie è ipotizzabile laddove altre tecniche di produzione si rivelino difficili e costose (per esempio con macchine a controllo numerico) ed in genere per produzioni
numericamente molto limitate dove il costo fisso delle attrezzature (gusci, stampi, ecc..) incida eccessivamente. Gli oggetti prodotti sono costituiti interamente da resine speciali e ciò limita la possibilità di fabbricazione di oggetti metallici o di altri materiali. Questa tecnica è stata
brevettata da Chuck Hull nel 1984 e utilizza la fotopolimerizzazione per solidificare una resina
liquida. La SLA è la sorgente laser e questo metodo ha un costo più elevato sia della stampante che del materiale giustificato dell’alta risoluzione dei sui risultati.
2.3.1 SLA diretta e SLA inversa
La stereolitografia (SLA) è un processo basato sulla fotopolimerizzazione, strato dopo strato, di una resina liquida, sensibile alla radiazione ultraviolette emesse da una sorgente laser;
• Se il fascio laser è veicolato parliamo di SLA, standard o inversa;
• Se invece è proiettato si parla di DLP, DUP
Dopo ogni strato, il piano di lavoro si distacca dal serbatoio di resina e separa il materiale indurito dal bagno di resina.
La piattaforma di costruzione si sposta di un livello che va dai 15 ai 200 micron, secondo lo spessore del livello scelto, al fine di favorire la solidificazione dello strato successivo.
Il prototipo ultimato appare a testa in giù, e per questo parliamo di stereolitografia inversa, se emerge dal bagno di resina si parla di SLA standard o diretta
Illustrazione componenti di una stampante SLA.
Le stampanti SLA 3D iniziano a lavorare abbassando la piattaforma di costruzione nel serbatoio pieno di resina con un solo strato di altezza tra il fondo del serbatoio e la piattaforma di costruzione.
Dopodiché subentrano i galvanometri, componenti a specchio che navigano il raggio laser in un percorso che rappresenta uno strato di una determinata parte. Il laser quindi indurisce la resina creando uno strato solido di una parte. Quando uno strato è completo, la piattaforma di costruzione si solleva di un livello in altezza e il processo viene ripetuto fino al completamento della parte.
2.3.2 Proiettori DLP
I proiettori DLP (digital light projector) creano un’immagine di uno strato facendo passare la luce attraverso una lente a una DMD (digital micro mirror device).
Un DMD contiene centinaia di migliaia o addirittura milioni di piccoli microspecchi che dirigono la luce e creano il disegno di uno strato sul fondo del serbatoio di resina.
La risoluzione di una parte stampata che utilizza una stampante DLP 3D si solito corrisponde al numero di microspecchi all’interno di un dispositivo DMD. In quanto tale, la luce proveniente da un proiettore DLP deve espandersi da una piccola sorgente per coprire un’ampia area. Ciò significa essenzialmente che i modelli ampi hanno una maggiore possibilità di avere pixel distorti ai loro bordi.
Inoltre, il numero di pixel su un proiettore DLP è lo stesso indipendentemente dalle dimensioni della stampa. Ciò significa che le stampe più piccole e più strette possono avere una precisione maggiore rispetto alle stampe più ampie eseguite sulla stessa stampante DLP.
Con una stampante DLP 3D, la sorgente luminosa è uno schermo per proiettore digitale
appositamente sviluppato. Grazie a questa schermata, DLP è generalmente considerato più veloce di SLA, perché lo schermo del proiettore DLP fa lampeggiare l’immagine di un livello tutto in una volta, quindi tutti i punti di un livello possono essere curati contemporaneamente. In questo modo, la velocità di stampa aumenta rispetto allo SLA poiché richiede meno tempo per la cura di un singolo strato.
Illustrazione componenti di una stampante DLP.
2.3.3 Trattamenti Post-Stampa
Dopo che la stampa è stata completata, le parti hanno bisogno di essere lavate in alcool isopropilico (IPA) per rimuovere eventuali tracce di resina non polimerizzata dalla superficie.
Dopo aver lavato e asciugato le parti, alcuni materiali necessitano di fotopolimerizzazione post-stampa, un procedimento che aiuta le parti a raggiungere la maggiore durezza e stabilità possibili.
Infine vanno rimossi i supporti dalle parti e levigati i segni lasciati dai supporti per una finitura pulita.
Le parti stampate in stereolitografia possono essere facilmente lavorate meccanicamente, trattate con primer, verniciate e assemblate per applicazioni e finiture specifiche.
La polimerizzazione post-stampa è particolarmente importante per le resine funzionali
ingegneristiche e obbligatoria per alcuni materiali e applicazioni per l’odontoiatria e la gioielleria.
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 secondari quali vetro o ceramica o dotati di proprietà meccaniche, quali elevata temperatura di distorsione termica o resistenza
all’impatto. I materiali vanno da quelli specifici come quelli per dentiere, a quelli che si accostano ai materiali finali per la prototipazione, formulati per resistere a test approfonditi e a funzionare sotto stress.
2.3.4 Ambiti di applicazione della stampa SLA
Di seguito verranno esplicitati i settori dove la stampa SLA ha il suo maggior impiego:
• Ingegneria e design del prodotto: la prototipazione rapida con la stampa 3D consente a ingegneri e progettisti di trasformare le idee in proof-of-concept realistici, consente di sviluppare prototipi di alta qualità che funzionano in tutto e per tutto come prodotti finali e guida i prodotti lungo una serie di fasi di validazione che portano che portano alla
produzione di massa.
• Produzione: chi fabbrica automatizza i processi di produzione e snellisce i workflow prototipando gli utensili e stampando direttamente in 3D strumenti su misura, stampi e fabbricando ausili a un costo con tempistiche nettamente inferiori rispetto alla produzione tradizionale. Questo riduce i costi e i difetti di fabbricazione, aumenta la qualità, velocizza l’assemblaggio e massimizza l’efficacia della manodopera.
• Odontoiatria: l’odontoiatria digitale riduce i rischi di incertezze introdotto da fattori umani, fornendo una maggiore uniformità, accuratezza e precisione in ogni fase del workflow per migliorare l’assistenza al paziente. Le stampanti 3D possono produrre una gamma di
prodotti e dispositivi personalizzati di alta qualità a bassi costi unitari con aggiustati migliori e risultati riproducibili.
• Educazione: le stampanti 3D sono strumenti multifunzionali per l’apprendimento
approfondito e la ricerca avanzata. Sono in grado di incoraggiare la creatività e avvicinano gli studenti a tecnologie di livello professionale supportando i programmi STEAM nella scienza, ingegneria, arte e design.
• Medicina: la stampa 3D desktop economica e professionale aiuta i medici ad effettuare trattamenti e creare dispositivi su misura per servire in modo migliore l’individuo, aprendo le porte ad applicazioni medicali di alto impatto, allo stesso tempo consentendo alle
organizzazioni un significativo risparmio di tempo e costi, dal laboratorio alla sala operatoria.
• Intrattenimento: i modelli fisici ad alta definizione sono ampiamente usati nella scultura, nel modellismo di personaggi e nella produzione di materiale scenico. Le parti stampate in 3D hanno presenziato in film stop-motion, videogiochi, costumi personalizzati e addirittura in effetti speciali nelle superproduzioni cinematografiche.
• Gioielleria: i gioiellieri professionisti usano i software CAD e la stampa 3D per effettuare prototipazioni rapide di progetti, eseguire adattamenti per clienti e produrre lotti numerosi di
pezzi pronti per la fusione. Strumenti digitali consentono di ottenere parti regolari e dettagliate, senza i problemi e l’instabilità che si presentano con l’intaglio in cera.
• Audiologia: gli specialisti dell’udito e i laboratori di stampa auricolare si servono di un workflow digitale e della stampa 3D per produrre apparecchiature acustiche personalizzate di qualità più elevata, a volumi maggiori per applicazioni quali apparecchi retroauricolari, protezioni auricolari, dispositivi auricolari e in-ear personalizzati.
CAPITOLO 3
LA TECNOLOGIA SLS
La sinterizzazione laser selettiva è un processo che utilizza laser CO2 ad alta potenza per sciogliere e fondere in maniera selettiva polimeri termoplastici in polvere. Questo processo è la soluzione ideale per chi vuole produrre parti funzionali e resistenti , con la possibilità di ottenere una finitura superficiale eccellente e dettagli accurati. La tecnologia SLS permette di spingersi oltre alla prototipazione progettuale e di ottenere precisione, durata e ripetibilità massime a un costo operativo totale minimo. La SLS è ideale anche per geometrie complesse che sarebbe difficile produrre con altri metodi, o quando i tempi e i costi di attrezzaggio diventano proibitivi. È la scelta migliore per ingegneri alla ricerca di parti funzionali e prototipi per i settori dell'automotive, aerospaziale, elettronica di consumo, strumenti chirurgici e della produzione in officina. La SLS è il top della tecnologia di stampa 3D per realizzare parti termoplastiche, senza compromessi.