Ldb OpenLab_Corcione-introduzione ai materiali adottati nella modellazione e fabbricazione digitale

IntroduzioneIntroduzione
Prima di parlare di RP è necessario fornire
la definizione di prototipo:
Il prototipo è il primo oggetto di una serie
e il termine può avere valenze diverse in
relazione alla tipologia di prodotto.
Dal punto di vista dell’impiego, un prototipo
può essere usato per:
Verifiche di stile;
Prove funzionali;
Prove di montaggio

Nel caso della progettazione, il prototipo
verifica un’idea, per il marketing può
servire a provare la risposta del mercato
ad una nuova proposta e per la produzione
può essere utile per verificare il ciclo di
produzione.
Le funzioni del prototipo sono:
Verifiche funzionali,
Valutazione dei costi;
Valutazione dei tempi di flusso.

Durante la fase di sviluppo di un
prodotto vengono realizzate le seguenti
tipologie di prototipi:
Concettuali;
Funzionali;
Tecnici;
Pre-serie

La tecnologia tradizionale della fabbricazione
dei prototipi è affidata ai modellisti che sulla
base delle indicazioni di grafici e progettisti,
li realizzano con operazioni soprattutto
manuali con costi e tempi elevati che stanno
diventando incompatibili con le esigenze
delle aziende di ridurre drasticamente i tempi
di immissione di nuovi prodotti sul mercato.

E’ quindi diventato imperativo lo sviluppo di
una nuova tecnologia che permetta la
riduzione dei tempi e dei costi per la
fabbricazione dei prototipi avendo come
punto di partenza il modello matematico
dell’oggetto da realizzare :
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
(RP)

DEFINIZIONIDEFINIZIONI
 La prototipazione rapida (RP) è una tecnologia
innovativa che consente la produzione di oggetti di
geometria comunque complessa, in tempi molto ridotti,
a partire dalla definizione matematica dell’oggetto
realizzata su un modello CAD tridimensionale.
 Si basa sulla considerazione che ogni oggetto è
costituito da tante sezioni di spessore infinitesimo. Il
prototipo viene, così realizzato sezione dopo sezione,
trasformando il problema da tridimensionale in
bidimensionale.
 Il processo consta di tre fasi principali:
 Determinazione di un numero di sezioni con spessore
finito dal modello CAD 3D
 Realizzazione della prima sezione
 Costruzione delle successive sezioni che verranno fatte
aderire alle precedenti.

DefinizioniDefinizioni
Gli oggetti sono ottenuti con progressiva
aggiunta di materia. Per questo motivo la
tecnologia RP è anche definita tecnica di
produzione per strati o per piani (layerlayer
manufacturingmanufacturing) e si contrappone ai metodi di
produzione classici che deformano
plasticamente il materiale
(stampaggio),oppure lo rimuovono (fresatura,
tornitura), lo aggregano mediante saldatura,
oppure lo formano partendo dal liquido
(fusione).

Alcuni VantaggiAlcuni Vantaggi
 Riduzione dei tempi e dei costi di produzione dei
prototipi e conseguente contenimento del time to
market;
 Possibilità di realizzare pezzi con forme
complesse( con cavità, sottosquadri, profili
difficilmente ottenibili con la lavorazione meccanica
tradizionale), anche se al momento è possibile
utilizzare una modesta varietà di materiali (soprattutto
polimeri);
 Possibilità di correzione degli errori che il progettista
al CAD non è riuscito ad eliminare e che in passato
venivano rilevati e corretti solo in fase avanzata di
sviluppo del prodotto, dopo la realizzazione della pre-
serie o già nella fase produttiva con forti
penalizzazioni , economiche;

Alcuni vantaggiAlcuni vantaggi
Opportunità di valutare la funzionalità del
prodotto , realizzare modifiche ritenute
necessarie ed eventualmente scegliere tra
alternative diverse già in fase progettuale,
avendo la disponibilità immediata del
prototipo.
E’ comunque opportuno precisare che, allo
stato attuale, il modello costruito con queste
tecniche non presenta, tranne per alcuni casi,
caratteristiche tali da consentire l’esecuzione
di prove funzionali, ma solo verifiche visive o
studi di tipo ergonomico.

BREVE STORIABREVE STORIA
 Fine anni Settanta: gli americani Herbert e Hull e il giapponese
Kodama sviluppano indipendentemente un sistema di solidificazione
selettiva di un fotopolimero per costruire un oggetto tridimensionale
per strati successivi;
 1986: Hull brevetta un sistema che chiama “stereolitografia”
 1986-87: si sviluppa la maggior parte dei sistemi alternativi di
prototipazopne rapida;
 1987: la 3D System presenta la prima macchina (SLA1);
 1989: la macchina SLA 250 viene posta in commercio dalla 3D
System;
 1991-93: vengono commercializzate le macchine della Cubital, DTM,
EOS, Helysys, Stratasys con tecnologie alternative alla stereolitografia
per la costruzione di prototipi;
 1994: la Sanders commercializza la prima macchina RP avente un
costo inferiore ai 100.000$;
 1996: la 3D System e la Stratasys introducono sul mercato I
modellatori concettuali da destinare all’ufficio tecnico;
 1996-2014: implementazione e diffusione in tutto il mondo di nuove
tecniche di RP

Prima macchina RP:Prima macchina RP:
stereolitografia (SLA)stereolitografia (SLA)
 E’ basata sulla fotopolimerizzazione di una
resina liquida sensibile alla radiazione
ultravioletta emessa da una sorgente laser e
focalizzata sul pelo liquido con un sistema di
specchi.
 Sono presenti sul mercato due produttori di
questo sistema, 3D System ed EOS, che è
entrata sul mercato nel 1991.

Le fasi del ciclo di RPLe fasi del ciclo di RP
CAD 3D
File STL
Orientamento
Generazione dei supporti
Slicing
Costruzione sezioni
Rimozione supporti
Pulizia
Finitura
Modello fisico

FASIFASI
1. Trasformazione dell’oggetto progettatao al CAD in un formato
compatibile con il software di gestione della macchina RP. Lo
standard grafico attualmennte impiegato è l’STL (solid to layer)
introdotto dalla società 3D System.
2. Lettura del file STL dal parte del software della macchina RP per
esecuzione di orientamento e generazione dei supporti;
3. Esecuzione slicing;
4. Definizione del file dati da inviare al calcolatore di gestione della
macchina;
5. Costruzione fisica delle varie sezioni del prototipo sulla macchina
RP;
6. Esecuzione dell’eventuale post-trattamento, operazione
necessaria solo per alcuni processi, al fine di migliorare le
caratteristiche meccaniche del prototipo;
7. Rimozione dei supporti e finitura manuale del pezzo.

 STL(solid to layer) : formato grafico standard
utilizzato nelle tecnologie RP. Consiste in una
rappresentazione semplificata delle superfici interne ed
esterne del pezzo tramite faccette triangolari che per
definizione sono piane. Ciò introduce un errore noto come
facetting. L’effetto può essere contenuto aumentando il
numero di triangoli; appesantendo, però il tempo
necessario all’elaborazione del file STL.
 Generazione dei supporti: operazione
necessaria per alcune tecniche, per sostenere le parti
sporgenti del pezzo.
 Slicing: operazione comune a tutte le tecnologie e che
consiste nell’intersezione del modello completo di supporti
con una serie di piani la cui normale è parallela alla
direzione di costruzione STL, per ottenere le singole
sezioni che distano di una distanza ∆s variabile tra 0.05 e
0.5mm. Essa genera un errore, noto come staircase
(effetto a scalino), dovuto alla costruzione di sezioni di
spessore finito che determinano la rugosità superficiale del
particolare.
DEFINIZIONI

 Vantaggi strategici
Costi e tempi inferiori per la
realizzazione di modelli
Riduzione del tempo di lancio
del prodotto
Possibilità di realizzare
produzione simultanea
Rapidità nello sviluppo e nella
gestione delle modifiche del
progetto
Capacità di trovare errori e
problemi di progetto nelle fasi
di sviluppo
Maggiore flessibilità
Maggiore soddisfazione del
cliente
Maggiore competitività
Vantaggi di
produzione
Nella produzione di oggetti
complessi le tecniche RP
permettono di trovare errori prima
di preparare e disegnare le
attrezzature principali ed
ausiliarie
I modelli possono essere usati
per fusione a cera persa, per
ottenere stampi in silicone o di
metallo per oggetti in plastica
Si riduce il numero complessivo
di attrezzature di prova perché
esse entrano in produzione solo
quando è stato creato il prototipo
Il modello matematico realizzato
al CAD 3D può essere
interfacciato con altri sistemi di
produzione assistita
La qualità finale del manufatto
migliora

CONFRONTOCONFRONTO
Lavorazione CNC Stereolitografia
Fase Tempo(h) Fase Tempo(h)
Modello CAD 1 Modello CAD 1
Pianificazione di processo 1
Generazione e
verifica file STL
1.25
Programmazione percorso utensile 25 Esecuzione slicing 0.7
Generazione file APT 1
Settaggio
macchina
0.5
Post-processo 2 Costruzione pezzo 14.2
Verifica codice ISO 3 Rimozione supporti 0.25
Settaggio macchina utensile 1 Pulizia pezzo 0.5
Lavorazione 7 Post.-trattamento 4
Totale 41 Totale 22.45

APPLICAZIONIAPPLICAZIONI
 Verifica di progetto (prototipi estetici): è stata la prima applicazione
ed è relativa alla fabbricazione di modelli che consentono una verifica
immediata del progetto, senza che sia necessario lo sviluppo di
attrezzature. Data la facilità con cui si riescono ad ottenere, si
possono realizzare prototipi in momenti diversi della progettazione, al
fine di apportare modifiche e verificare subito la correttezza dei
cambiamenti apportati;
 Test funzionali (prototipi funzionali): prevedono l’utilizzazione dei
sistemi RP per la realizzazione di modelli da destinare a prove
fluidodinamiche, di resistenza, di corretto accoppiamento tra più parti,
di assemblaggio, ecc…
 Costruzione di attrezzaggi rapidi (rapid tooling RT): la produzione di
utensili ed attrezzature rappresenta una delle fasi più lunghe e
costose nel ciclo di sviluppo di un nuovo prodotto; pertanto riduzioni
di tempo di essa portano ad immediati vantaggi in termini economici.

APPLICAZIONIAPPLICAZIONI
Tipi di industrie in cui sono stati introdotti i
sistemi RP:
• Industria automobilistica
• Industria aeronautica
• Industria aerospaziale
• Industria elettronica
• Industria elettromeccanica
• Industria elettrotecnica
• Telefonia
• Industria illuminotecnica
• Industria idraulica
• Industria del bianco
• Apparecchiature medicali
• Trasformazione delle materie plastiche
• Arte orafa
• Modellismo
• Giocattoli

Rapid Tooling (RT)Rapid Tooling (RT)
Le applicazioni industriali della prototipazione rapida, conosciute come
attrezzaggio rapido, sono un insieme di tecniche mirate alla costruzione in
tempi brevi di attrezzature destinate alla realizzazione della pre-serie:
•Inserti per stampi per l’iniezione della cera per ottenere modelli per
microfusione
•Inserti per stampi destinati all’iniezione, soffiaggio, termoformatura delle
resine termoplastiche
•Gusci per la microfusione
Una delle applicazioni più importanti è la realizzazione di modelli e casse
d’anima per la fusione in terra in tempi ridotti rispetto a quelli dei metodi
tradizionali.
L’utilizzo della RP permette la fabbricazione diretta dei modelli sacrificiali
eliminando la costruzione dello stampo in alluminio e riducendo i tempi di
costruzione della conchiglia dalle 10 settimane ai 10 giorni (processo quick-
cast).
Non tutti i materiali utilizzati nelle tecniche RP sono idonei per questo processo,
perché potrebbero portare alla rottura del guscio durante la fase di riscaldamento in
autoclave se la loro dilatazione prima del rammollimento fosse eccessiva. Inoltre i
residui carboniosi lasciati dal modello potrebbero determinare difetti sull’elemento
metallico.

Modelli in cera persaModelli in cera persa
CastForm PS è un
nuovo polimero a
base polistirene
ideato per l’utilizzo in
processi di fusioni in
metallo. E’ stato
sviluppato per la
produzione di modelli
a perdere per il
processo di fusione a
cera persa.

Applicazioni medicali della RPApplicazioni medicali della RP
 La RP è utilizzata sempre di più in medicina con lo scopo di ridurre i tempi
per la produzione di protesi, sia per ottenere un modello fisico dell’oggetto
studiato (replica anatomica).
 Modelli di parti del corpo umano possono essere riprodotti con la RP
servendosi di dati ottenuti tramite la tomografia computerizzata (CT,
computed assisted tomography) o la risonanza magnetica (MRI,
magnetic resonance imaging).
 Con le tecniche di RP è possibile riprodurre fisicamente l’ambiente in cui si
andrà ad operare, potendo, così considerare tutti i rischi e le difficoltà che
si potrebbero incontrare durante l’intervento.
 I modelli fisici ottenuti per RP possono essere alla base di una veloce ed
accurata produzione di impianti finali, permettono di ridurre i tempi degli
interventi chirurgici e forniscono ottimi risultati sia per forme che per
accuratezza di lavorazione.

Prototipazione in neurochirurgiaPrototipazione in neurochirurgia
Dati tridimensionali di una
tomografia (TAC) vengono
elaborati con la tecnologia di
prototipazione stereolitografica
per ottenere un metodo
personalizzato di fabbricazione
di placche in titanio per la
riparazione di difetti cranici. I
dati rilevati con la TAC
tradizionale vengono elaborati
da un software di modellazione
specifico per il settore medicale
e successivamente inviati al
sistema di prototipazione.

Maschere per ustioni con la SLAMaschere per ustioni con la SLA
Le maschere per il trattamento delle gravi ustioni
facciali sono impiegate per prevenire la formazione di
scorrette cicatrizzazioni dei tessuti. Gli ustionati devono
portare la maschera almeno 23 ore al giorno. I metodi
per produrre queste maschere sono molto complessi.
La soluzione convenzionale prevede la realizzazione di
uno stampo tramite l’applicazione di una maschera di
gesso sul volto del paziente. Il paziente deve rimanere
immobile per almeno un’ora mentre il gesso viene
applicato e fatto asciugare. Successivamente, viene
versato materiale plastico nello stampo in modo da
formare il calco finale. Grazie alla SL è possibile ridurre
notevolmente i tempi : un laser a scansione riproduce i
contorni facciali del paziente in meno di 15 sec creando
un calco di elevata precisione. I dati così raccolti
vengono elaborati per poter essere utilizzati dalle
macchine per stetreolitografia, mediante le quali si
produce il calco, sul quale viene steso il materiale
plastico che costituirà la maschera finale.

Applicazioni varieApplicazioni varie

CLASSIFICAZIONE DELLECLASSIFICAZIONE DELLE
TECNICHE RPTECNICHE RP
Tecniche RP
Liquido
Solido
Polvere
1 componente 1 componente +
legante
Selective
Laser Sinteryng 3 Dimensional
Printing
Incollaggio Estrusione
Laminate
Object
Manufacturing
Fused
Deposition
Modeling
Stampa a getto Fotopolimerizzazione
Lampada UV Laser
Solid Ground
Curing
Stereolitografia
Multi Jet Modelling
Ballistic Particle Manufacturing
Sanders Prototype

Classificazione secondo ilClassificazione secondo il
materialemateriale
La materia prima può essere utilizzata in tre strati
diversi:liquida, polvere, solida.
I processi che impiegano il materiale liquido sono
ulteriormente divisibili in due gruppi:
Quelli che usano fotopolimeri che induriscono per
effetto di una radiazione ultravioletta;
Quelli basati sulla fusione, deposito e
risolidifcazione di materia ( metallo, resine
termoplastiche)

ClassificazioneClassificazione
Le macchine RP non necessitano degli utensili
tipici delle macchine sottrattive e i processi si
basano essenzialmente sulla:
Fotopolimerizzazione di monomeri liquidi;
Sinterizzazione selettiva di polveri con il laser;
Estrusione di filamenti in metriale termoplastico;
Stratificazione di fogli di carta o lamiera;
Spruzzatura di termoplastici o collanti con
tecniche simili alla stampa e al getto d’inchiostro.

TECNICHE EMERGENTITECNICHE EMERGENTI
Accanto ai sistemi industriali consolidati per la prototipazione
rapida, stanno emergendo nuove macchine, quali i modellatori
concettuali e i sistemi di precisione, destinate a coprire
determinati segmenti di mercato.
I modellatori concettuali sono da destinarsi all’ufficio
tecnico per essere utilizzati nelle primissime fasi del ciclo di
sviluppo del prodotto, ancora prima di una prototipazione
accurata. Essi devono garantire economicità e velocità di
modellazione, per rendere disponibile al progettista l’elemento
fisico in scala per le prime verifiche concettuali.
I sistemi di precisione sono anch’essi da destinarsi
all’ufficio tecnico per verifiche di progetto; sono idonei a
realizzare un prototipo funzionale, con elevate precisioni e
ottime finiture superficiali, tale che possa essere a sua volta
utilizzato nel settore dell’attrezzaggio rapido.

Stampante 3D per ufficio tecnicoStampante 3D per ufficio tecnico
 L’introduzione di una stampante
3D offre un mezzo potentissimo
per costruire un maggior numero
di modelli, favorendo la creatività
e l’innovazione. Tecnici e non
tecnici possono realizzare le loro
idee in 3 dimensioni ottenendo
come risultati: migliore
comunicazione, minori errori, e
miglior design, al fine di poter
velocizzare il time to market, con
conseguente impatto benefico
sulla redditività nel tempo di una
linea di prodotti.

Stampante 3D,Stampante 3D, Z402(Z Corporation)Z402(Z Corporation)
Polvere a base
di amido e
cellulosa che
viene legata con
colla liquida a
base acqua una cartuccia deposita il
legante nelle zone
corrispondenti alla
geometria del modello da
costruire

Prototipazione rapida per materiali ceramiciPrototipazione rapida per materiali ceramici
 Fused Deposition of Ceramics
Consiste nell'estrusione di filamenti realizzati con una
sospensione legante - ceramico, a cui fa seguito un
trattamento di pirolisi e sinterizzazione.
 Direct Ceramic Jet Printer
Le polveri ceramiche, disperse in un inchiostro, sono stampate
tramite un getto dello stesso: gli ugelli hanno un diametro
compreso tra i 60 e i 100 µm. Al processo seguono i
trattamenti termici di pirolisi e sinterizzazione.
 Selective Laser Sintering
Un fascio laser lavora termicamente portando localmente a
fusione il materiale; non è necessario il processo di
sinterizzazione.

Prototipazione rapida per materiali ceramiciPrototipazione rapida per materiali ceramici
Laser stereolitography
Il laser agisce nel senso di far polimerizzare una resina fotosensibile in
cui è dispersa la fase ceramica. Il pezzo è sottoposto a pirolisi e
sinterizzazione.
Multiphase Jet Solidification
Il processo è condotto secondo quattro stadi. Nel primo avviene la
miscelazione delle polveri di carburo di silicio con uno speciale legante
termoplastico; nel secondo si utilizza una testina simile a quella delle
stampanti ink - jet che spruzza materiale polimerico - ceramico. Nel
terzo stadio si procede alla costruzione del pezzo per strati successivi.
La testina si muove nelle direzioni x - y, mentre il piatto si muove nella
direzione z, consentendo la costruzione degli strati. Nell'ultimo stadio si
procede al lavaggio del campione e alla sua sinterizzazione.
Multi - Jet Modeling
In analogia al processo precedente, si utilizza una testina che esegue
una scansione simile a quella utilizzata nell'ink - jet. Tale testina spruzza
un materiale termopolimerico, procedendo nella costruzione per strati
successivi. In questo caso la testina si muove nella direzione x ed il
piatto nel piano y - z.

Selective Laser Sintering:polveriSelective Laser Sintering:polveri
Viene sfruttata la radiazione emessa da una
sorgente laser al CO2 per “sinterizzare”
polveri precompresse di materiali differenti
su una struttura di supporto. E’ sicuramente
la tecnica più interessante vista la varietà di
materiali utilizzabili, quali termoplastici,
sabbia, metalli, per la realizzazione diretta
delle attrezzature.

Selective Laser SinteringSelective Laser Sintering
Uno strato di polvere viene depositato e pressato
sull’elevatore. La camera dove avviene la
sinterizzazione è mantenuta a temperatura
prossima a quella di fusione della polvere. La
radiazione laser porta a fusione i granelli di polvere
che si uniscono l’un l’altro dando origine alla
sezione.
L’elevatore viene quindi abbassato di una quantità
pari allo spessore della sezione e il processo
riprende fino alla completa costruzione del
prototipo.

Selective Laser SinteringSelective Laser Sintering
Termoplastici
Cera
Metalli
sabbia

Fused Deposition Modeling:solidoFused Deposition Modeling:solido
E’ una tecnologia che utilizza materiali
differenti (termoplastici, cera per
microfusione) sottoforma di fili per la
costruzione del prototipo con l’obiettivo
di generare elementi funzionali con
prestazioni analoghe a quelli ottenuti
con le tecnologie convenzionali.

Fused Deposition ModelingFused Deposition Modeling
 Il sistema realizza le sezioni con la deposizione di un filo di
materiale termoplastico allo stato fuso tramite una testa di
estrusione che si muove nel piano X-Y. La temperatura di
estrusione è tale che il materiale deposto si aggrappa
stabilmente alla sezione inferiore.
 La testa dell’estrusore costruisce strato per strato il modello
verso l’alto, partendo da una base fissa.
 Le temperature della testa di estrusione e della camera di
lavoro sono parametri fondamentali: il materiale deve
essere mantenuto ad una temperatura appena al di sopra
del suo punto di plastificazione, pena la formazione di
gocce che riducono la precisione del prototipo.

Fused Deposition ModelingFused Deposition Modeling
Materiali a
basso punto di
fusione
(per es. cera)

LOM: stratificazione di fogli di cartaLOM: stratificazione di fogli di carta
(solido)(solido)
E’ una tecnica idonea a costruire
prototipi di grandi dimensioni in tempi
ridotti. Essa si realizza tramite il
progressivo incollaggio di fogli di carta,
rivestiti nella parte inferiore con
polietilene, sui quali viene
successivamente ricavata la sezione
del pezzo mediante taglio laser.

LOMLOM
Il sistema di trascinamento posiziona il foglio di
carta nella zona di lavoro;
Il passaggio del rullo caldo incolla il foglio sul
supporto;
Il raggio laser taglia sul foglio la sezione
dell’oggetto;
Il supporto si abbassa di una quantità pari allo
spessore del foglio di carta;
Il sistema di trascinamento provvede ad un
successivo posizionamento del foglio carta ed il
processo continua fino al completamento del
modello.

Laminated ObjectLaminated Object
Manufacturing (LOM)Manufacturing (LOM)
Fogli
ceramici
termoadesivi

Multi jetMulti jet modellingmodelling (MJM): liquido_stampa(MJM): liquido_stampa
a gettoa getto
E’ una tecnica sviluppata d-3D System per la costruzione di modelli concettuali. I
modelli vengono generati impiegando una tecnica simile a quella della stampa a
getto d’inchiostro, aggiungendo, però la terza dimensione, mediante lo
spostamento lungo l’asse Z della piattaforma di lavoro.
•La testina viene posizionata sopra la piattaforma di lavoro
•La testina genera il primo strato depositando materiale durante il movimento in
direzione X
•La piattaforma si riposiziona sull’asse Y e la testina continua a muoversi sull’asse
X per completare lo strato
•La piattaforma si abbassa e inizia la deposizione dello strato successivo
•Il processo continua strato dopo strato fino al completamento del modello
•Terminato il processo di costruzione si provvede all’eliminazione dei supporti e il
modello può essere immediatamente utilizzato.

Multi jet modelling (MJM)Multi jet modelling (MJM)
Il materiale utilizzato è un termopolimero non tossico , con aspetto simile al
sapone.

Sanders Prototype inc (SPI): liquido-stampaSanders Prototype inc (SPI): liquido-stampa
a gettoa getto
Il principio di funzionamento è quello del plotter a getto di inchiostro
liquido-solido con asse Z separato. Come in tutti i sistemi RP l’oggetto
viene costruito su di una piattaforma che scende di una quantità pari allo
spessore di uno strato dopo la deposizione del materiale. Il processo
impiega due testine a getto movimentate nel piano X-Y: la prima deposita
il materiale termoplastico di costruzione e la seconda la cera di
supporto. Il polimero termoplastico, allo stato liquido in uscita dalla testina,
solidifica rapidamente dopo il contatto con lo strato precedentemente
deposto. A questo punto, la seconda testina deposita, ove richiesto, la cera
di supporto per sostenere le parti a sbalzo e cavità del modello durante la
costruzione. Completato lo strato, un dispositivo di spianatura regola la
dimensione lungo l’asse Z eliminando l’eccesso di materiale per formare
una superficie liscia ed uniforme su cui depositare lo strato successivo. Al
termine della costruzione il materiale di supporto può essere evacuato
mediante immersione in solvente.

Non è da considerarsi una vera macchina di RP, ma piuttosto una grossa
fotocopiatrice capace di realizzare oggetti tridimensionali, necessari per la
verifica concettuale di un disegno.
SPI

Solid ground curing: liquido-Solid ground curing: liquido-
fotopolimerizzazionefotopolimerizzazione
L’idea seguita nello sviluppo di questo
sistema è quella di eliminare i due
inconvenienti propri della stereolitografia:la
generazione dei supporti e il post
trattamento.
Il materiale utilizzato è un fotopolimero ma,
a differenza della stereolitografia, l’intera
sezione viene indurita con una lampada ad
ultravioletti ad alta potenza

Solid ground curingSolid ground curing
 Le fasi del processo sono:
 Un sottile strato di fotopolimero liquido viene deposto su un
elevatore, che ha la funzione di tavola portapezzo;
 La geometria della sezione, ricavata dal processo di slicing,
viene utilizzata per generare su una lastra di vetro, una
maschera che riproduce in negativo la sezione stessa ( il
principio è analogo a quello della deposizione del toner nel
processo di fotocopiatura);
 La lastra di vetro viene posizionata al di sopra dell’elevatore e
la successiva esposizione alle radiazioni ultraviolette
generate da una lampada consente la solidificazione
dell’intera sezione del prototipo;
 L’elevatore trasla sotto una stazione di aspirazione per
eliminare la resina non polimerizzata;

Solid ground curingSolid ground curing
L’elevatore si porta sotto una stazione per la
deposizione di uno strato di cera liquida sull’intera
sezione. La cera viene quindi solidificata con una
piastra raffreddante posta nella stazione successiva;
Il posizionamemento della sezione inglobata dalla
cera sotto la stazione di lavorazione e la succesiva
fresatura permettono di uniformare lo spessore in
tutti i punti della sezione;
L’elevatore viene abbassato di una quantità pari allo
spessore della sezione e riportato nella stazione
dove avverrà un nuovo deposito di resina liquida.
Contemporaneamente la lastra di vetro viene ripulita
e l’intero processo riprende fino al completamento
del pezzo.

Solid Graund CuringSolid Graund Curing

StereolitografiaStereolitografia

La stereolitografia è il primo e più importante
sistema di prototipazione rapida commercialmente
diffuso che opera tradizionalmente su resine
fotopolimerizzabili.
 Il fondamento del metodo consiste nella
polimerizzazione di un monomero liquido
provocata da una radiazione luminosa.
Il processo è suddiviso in quattro fasi principali,
che si articolano dal file STL del modello CAD
tridimensionale:

 Preparazione del file macchina: consiste nella generazione
dei supporti necessari a sostenere il pezzo durante la fase
di costruzione e nell’esecuzione dello slicing per ricavare le
sezioni.
 Fotopolimerizzazione: è la fase di costruzione del prototipo
sotto il controllo del calcolatore. Il fascio di una sorgente
laser è focalizzato, mediante un sistema ottico, sulla
superficie della vasca contenente il monomero liquido.
L’interazione della radiazione laser con il fotopolimero
innesca una reazione chimica che ha come effetto la
solidificazione di quest’ultimo. Il movimento nel piano del
fascio laser consente la realizzazione della prima sezione
del particolare in lavorazione su di una piastra di acciaio
forata.

 Successivamente inizia l’operazione di ricoprimento, per
depositare un film liquido sulla sezione appena costruita.
Ottenuto il corretto livellamento, il processo riprende con la
solidificazione di uno strato che deve aderire stabilmente a
quello sottostante, fino al completamento della costruzione.
Al termine di questa fase, la parte prodotta può contenere
liquido intrappolato all’interno e le sue pareti non sono
completamente polimerizzate.
 Post-trattamento: consiste nell’esposizione del particolare
ad una lampada UV, per un periodo di tempo stabilito in
base al tipo di resina utilizzata e alla complessità della
geometria; in questa fase si completa il processo di
fotopolimerizzazione.
 Pulizia e finitura: ultimato il prototipo si procede
all’asportazione dei supporti e alla finitura manuale del
prototipo.

Il processoIl processo
Generazione del file macchina: Partendo dal file STL del
pezzo vengono posizionati i supporti ed eseguito lo slicing.il
software Materialise sembra essere il più adatto alla
generazione dei supporti per limitare fenomeni di curl
distorsion.

 Sistema di posizionamento e focalizzazione: il fascio
laser viene posizionato mediante specchi movimentati da un
sistema galvanometrico ad elevata dinamica. La velocità di
scansione del laser è controllata dal calcolatore in modo da
fornire un’energia specifica superiore a quella critica e tale
da garantire la polimerizzazione dello strato di resina.

 Elevatore e sistema di livellamento: il posizionamento dell’elevatore è
ottenuto mediante servomotore a corrente continua per garantire la
precisione e la ripetibilità.
 L’elevatore viene abbassato di una quantità tale da garantire il
ricoprimento dello strato polimerizzato con la resina liquida(10-12
mm).
 L’elevatore viene sollevato sino a portare l’estremità del pezzo al di
sopra del pelo libero del liquido e riabbassato sino a posizionarlo nel
punto corrispondente al piano inferiore dell’ultimo strato,
 Lo scorrimento di una lama di livellamento, posizionata in modo che la
sua distanza dalla superficie del pezzo sia pari allo spessore
impostato degli strati elimina la resina in eccesso
 L’elevatore infine viene posto nella posizione corrispondente alla
costruzione dello strato successivo e il processo può riprendere dopo
un’ulteriore attesa che assicuri il ritorno al livello naturale della resina.

 Strategia di costruzione: viene generato prima il perimetro interno ed
esterno della sezione e poi si effettua il riempimento con due modalità
differenti:
 Starweawe: resine acriliche. Viene prima eseguita una serie di linee
lungo X parallele tra loro e distanziate 0.02mm.poi vengono eseguite una
serie di scansioni parallele lungo Y. Le linee intersecandosi danno
origine ad una struttura fortemente iperstatica che limita la possibilità di
deformazione e delaminazione.
 Aces: epossidiche. Permette di ottenere migliori risultati in termini di
rugosità superficiale e precisione

Fattori che influenzano
la qualità del prototipo
Qualità del
pezzo
Ambiente
Temperatura
Umidità
Materiale
Proprietà
meccaniche, fisiche,
chimiche
Geometria
Dimensioni
Finitura
Preparazione dati
Orientamento
Slicing
Supporti
Post-processo
Pulizia
Post-cura
Finitura
Processo
Spessore strato
Strategia scansione
Macchina
Potenza e spot laser
Elevatore
Ricoprimento

 Materiale: i risultati in termini qualitativi dipendono dalle
proprietà meccaniche, fisiche e chimiche del materiale che
derminano il coefficiente di ritiro liquido-solido della resina.
 Le proprietà più importanti del materiale sono nell’ordine:
 Viscosità:influenza l’uniformità e la precisione del ricoprimento
e il ritiro volumetrico. Bassi valori implicano elevati ritiri, alti
valori rendono il tempo di ricoprimento incompatibile con le
produttività richieste.
 Tensione superficiale: è la capacità della resina liquida di
bagnare lo strato polimerizzato;valori elevati causano un
effetto menisco tra la parte interna e quella esterna dello
strato.
 Uniformità e stabilità: la separazione dei vari componenti della
resina determina un comportamento disuniforme alla
radiazione laser pregiudicando il risultato finale.

 Parametri legati alla macchina:
 Potenza del laser: la distribuzione della potenza del laser deve essere
gaussiana per permettere una corretta fotopolimerizzazione
 Spot del laser: la precisione e la ripetibilità di posizionamento dovrebbero
essere le stesse nell’intero campo di lavoro della macchina. Il sistema di
focalizzazione deve assicurare sia una sezione circolare dello spot sia una
buona dinamica per poter seguire con precisione le traiettorie alla
massima velocità.
 Elevatore: la precisione e la ripetibilità di posizionamento assicurano la
costanza dello spessore delle sezioni del prototipo e l’allineamento delle
stesse.
 Ricoprimento: l’altezza dello strato di monomero liquido al di sopra sezione
polimerizzata deve essere costante per garantire l’uniformità di spessore e
l’allineamento dei singoli strati.

Errori dovuti al laserErrori dovuti al laser

 Parametri di processo
 Spessore dello strato: valori piccoli migliorano la rugosità del pezzo ma
richiedono tempi di costruzione elevati;
 Velocità di scansione: valori elevati riducono i tempi di costruzione, ma
mettono a dura prova la dinamica del sistema di focalizzazione e
necessitano di una potenza del laser più elevata;
 Strategia di scansione: un’opportuna scelta limita le distorsioni del
pezzo;
 Hatch( tratteggio): indica il metodo utilizzato per collegare il perimetro
esterno con quello interno(RIEMPIMENTO). La spaziatura di tali
collegamenti e la loro modalità costruttiva condizionano le modalità
costruttive del pezzo;
 Compensazione: in funzione del tipo di materiale e della geometria del
pezzo occorre inserire in macchina una serie di parametri per
compensare il ritiro della resina e limitare le distorsioni del pezzo.

 Parametri di post-processo:
 Pulizia: è l’operazione che segue all’estrazione del pezzo dalla vasca
ed è necessaria ad eliminare la resina liquida dalle pareti e dall’interno
del pezzo. Deve essere eseguita con liquidi che possano diluire il
monomero liquido senza essere assorbiti dalle parti solide. In genere si
utilizza isopropanolo a cui segue un’applicazione di acetone per
asciugare le superfici del pezzo.
 post-trattamento: tempi elevati determinano particolari con stabilità
temporale superiore, visto che si ottiene una migliore polimerizzazione
del monomero liquido intrappolato nel pezzo. In alcuni casi, quando la
geometria è particolarmente complessa, si utilizzano tempi brevi per
evitare rotture del particolare causate da tensioni residue interne dovute
al ritiro indotto dal post-trattameno.
 Finitura: è ovviamente in funzione dell’applicazione a cui è destinato il
pezzo.

TipologieTipologie di difettidi difetti
 Curl distorion: è dovuto alla concomitanza del ritiro di solidificazione e di
parti sporgenti del pezzo.
 Il primo strato solidificato , assimilabile ad una trave non supportata non
presenta deformazione, dal momento che è libero di ritirarsi senza
introdurre tensioni residue;
 Gli strati successivi aderiscono l’uno all’altro e il ritiro del pezzo
introduce un momento flettente che determina uno spostamento verso
l’alto della parte terminale degli strati. iL difetto può essere contenuto
intensificando i supporti dove ci sono parti sporgenti, poiché questi
vincolano il primo strato impedendone la deformazione.

Tipologie di difettiTipologie di difetti
Swelling: è un fenomeno che si manifesta in
presenza di particolari complessi e di grandi
dimensioni che rimangono immersi nella resina
liquida per molte ore. I primi strati solidificati possono
presentare degli incrementi di volume dovuti alla
migrazione di monomero liquido all’interno della
parte solidificata. tale fenomeno può provocare
grossi problemi di deformazione.

Materiali per SLAMateriali per SLA
Principali caratteristiche di un fotopolimero per
SLA:
Elevata reattività alla radiazione laser utilizzata;
Viscosità stabile e controllabile;
Limitata volatilità;
Limitata tossicità;
Basso ritiro;
Bassa energia di attivazione;
Buone proprietà meccaniche dopo la
polimerizzazione

Materiali per SLAMateriali per SLA
I fotopolimeri più diffusi sono:
Acrilico: bassa viscosità e destinato alla
produzione di modelli estetici e repliche
anatomiche dove il tempo di costruzione è
privilegiato rispetto alla precisione del
pezzo;
Epossidico: elevata viscosità e impiegato
come prototipo funzionale, poiché
consente di minimizzare gli errori
geometrici

Parametri caratteristici delParametri caratteristici del
materialemateriale
 Due parametri caratteristici del materiale ed essenziali al processo di
fotopolimerizzazione sono l’energia di attivazione Ec e il coefficiente
di penetrazione Dp.
 Lo spessore di resina fotopolimerizzata può essere espresso
mediante la legge di Lambert Beer:
 E = energia del laser
 Cp= spessore di resina polimerizzata
 Ec e Dp sono l’energia critica necessaria ad iniziare la
polimerizzazione e Dp è lo spessore dello strato solidificato quando
l’energia specifica è uguale a quella critica moltiplicate per e.
 Tali parametri dipendono dal tipo di resina utilizzata ed errori nella
loro valutazione sperimentale comportano pesanti ricadute sulla
precisione del pezzo.
cE
0
E
lnpD
d
C =

Materiali commerciali per SLAMateriali commerciali per SLA

Stampanti 3DStampanti 3D
 http://www.kstm.it/Blueprinter_IT/Blueprinter_IT.html

 Notizie da http://www.3dprintingcreative.it/
Il cinema si fa i costumi in 3D
Nelle sale italiane dal 22 ottobre, il film Guardiani della Galassia
(Guardians of the Galaxy) ha superato i 765 milioni di dollari di
incassosu scala mondiale.Un successo ottenuto anche grazie a effetti
speciali e scenografie hi-tech.
In particolare, per realizzare vari oggetti di scena, inclusa
l’armatura indossata da Korath, il personaggio interpretato da
Djimon Hounsou, FBFX Ltd (uno dei principali fornitori di costumi
e oggetti di scena) ha utilizzato la tecnologia Objet500 Connex di
Stratasys.
Come ha spiegato Grant Pearmain di FBFX, «È stata la prima volta
che abbiamo prodotto un costume indossato in un film stampandolo in
3D».

 La stessa tecnologia è stata
utilizzata anche per produrre
l’elmo di Star Lord, indossato
dall’attore Chris Pratt. Sono
stati creati in 3D diversi
prototipi, nonché versioni
realizzate mediante
pressofusione a vuoto con
stampo stampato in 3D. Il
costume finale indossato nel
film presenta dettagli interni
ed esterni stampati in 3D nel
materiale VeroGray di
Stratasys.
Secondo Pearmain la tecnologia di
stampa 3D ha portato la sua azienda in
una nuova dimensione, soprattutto per
quanto riguarda la qualità e i tempi di
realizzazione rispetto ai metodi
tradizionali, che richiedevano la
produzione di modelli in argilla.

Maison 203: gioielli con la stampa 3D
Partiti da Treviso, in meno di due anni hanno conquistato il Moma di New
York e di Tokio, passando per il Guggenheim di Berlino e fermandosi anche
al Museo di Arte Contemporanea di Chicago. Ma sono arrivati anche al
grande pubblico con l’ingresso in Rinascente, dove è stato appositamente
aperto un corner shop con una trentina di articoli in esposizione e vendita.

La moto elettrica costruita in 3DLa moto elettrica costruita in 3D
CRP da oltre 40 anni si occupa di lavorazioni meccaniche di alta precisione, di
3D Printing, di produzione e vendita di materiali compositi per SLS denominati
Windform. Nell’ambito del gruppo, CRP Technology è la branca che si occupa
specificatamente di fabbricazione additiva e 3D Printing. «Le procedure di
fabbricazione additiva – spiega Cevolini – permettono di ottenere un modello
finito in poco tempo per prove funzionali, fluido aerodinamiche,‐
d’accoppiamento e d’assemblaggio. CRP Technology è partita dall’analisi di
questa tecnologia già nel 1996, diventando una delle realtà più importanti in
Europa per la realizzazione del processo di sinterizzazione laser, sviluppando i
materiali Windform che hanno consentito alla tecnologia di sinterizzazione laser
selettiva (SLS) di realizzare particolari con maggiori prestazioni tecniche fino a
componenti finiti e funzionali. Tutti i materiali possono inoltre essere forati e
lavorati con macchine utensili in caso di necessità, per esempio per ottenere
piani e sedi con tolleranze più strette. Il reparto di fabbricazione additiva di CRP
Technology è dotato di macchine Vanguard HS ATC della 3D Systems alta
velocità per garantire un elevato grado di affidabilità nella realizzazione e da
una SinterstationPro 140, sempre della 3d Systems, il cui volume di lavoro è di
ben 140 litri».

La moto elettrica costruita in 3DLa moto elettrica costruita in 3D
Il 3D Printing e i materiali Windform rappresentano il processo produttivo che
ha consentito a CRP di realizzare Energica Ego, la prima moto elettrica italiana.
«Sinterizzazione laser e i materiali Windform a base poliammidica caricati con
fibra di carbonio – conclude Cevolini – sono stati scelti per realizzare questo
bolide elettrico “proudly-made-in-Modena”, come ricorda l’adesivo posto a lato
del parafango anteriore, dando così il via ad una nuova generazione di mobilità
sostenibile dalle elevate prestazioni. Questo processo produttivo permette di
realizzare parti ed oggetti attraverso la sovrapposizione consecutiva di strati di
materiale. Nello specifico in una camera in atmosfera inerte e a temperatura
costante, strato dopo strato, il materiale poliammidico rinforzato con fibre di
carbonio, viene sinterizzato dal raggio laser, per dare vita in poco tempo a
carene, copri fari, supporti per il cruscotto, fino alla totale realizzazione della
moto, escluse le parti meccaniche ed elettriche».

La stampa 3D per gli… stampiLa stampa 3D per gli… stampi
La stampa additiva rende efficiente anche lo stampaggio tradizionale –
Un produttore di impianti idrici ha iniziato a costruire stampi con
tecnologia 3D per lo stampaggio a iniezione

La stampa 3D per gli… stampiLa stampa 3D per gli… stampi
La stampa 3D si sta rivelando molto utile per la realizzazione di stampi da
impiegare per lo stampaggio di pre-serie o di piccoli lotti sulle normali
macchine da stampa a iniezione. Con un vantaggio che non è tanto sul
costo dello stampo, seppur inferiore rispetto a quelli di pre-serie fatti in
genere con materiali alternativi all’acciaio, ma sulla riduzione notevole dei
tempi necessari per predisporre le attrezzature. Ecco una storia aziendale
interessante, a questo proposito.

Il caso di Whale
Whale, produttore nordirlandese di impianti idrici e di riscaldamento per
applicazioni mobili, ha annunciato di aver ottenuto una riduzione fino al 97% del
proprio lead time per la produzione delle attrezzature di stampaggio a iniezione per
la realizzazione di pre-serie, grazie all’introduzione della tecnologia di stampa 3D
di Stratasys nel proprio processo di produzione stampi. Jim Sargent, responsabile
dei servizi tecnici 3D presso Whale, ha spiegato che l’azienda è ora in grado di
realizzare gli stampi per iniezione in meno di 24 ore utilizzando la propria
stampante 3D multi-materiale con tecnologia PolyJet Objet350 Connex, a una
frazione del costo richiesto per la produzione di stampi metallici. «Per realizzare gli
stampi in metallo – ha detto – impiegavamo generalmente da 4 a 5 settimane e i
costi di produzione erano piuttosto alti. Conseguentemente anche il nostro processo
di R&S richiedeva molto tempo e il lancio di nuovi prodotti veniva così
fondamentalmente rallentato. Con la nostra stampante 3D Objet Connex siamo ora
in grado di progettare i nostri utensili di giorno e stamparli in 3D di notte, per poi
testarli la mattina successiva con la gamma di materiali per il prodotto finito. I
risparmi in termini di tempi e costi associati a questo nuovo metodo di
realizzazione degli stampi sono davvero significativi».

ARCHItechnology: costruire in 3DARCHItechnology: costruire in 3D
Nel contesto di ARCHItechnology Wasp esporrà il
prototipo in funzione della stampante 3D Big Delta, per
realizzare in argilla unità abitative di 4 metri di altezza,
proponendo così la propria tecnologia per cambiare
radicalmente i processi di costruzione

Southesign: dal progetto all’oggettoSouthesign: dal progetto all’oggetto
Lo studio Southesign ha realizzato il prototipo della statua di Nettuno
da Herdonia tramite tecnologia 3D Printing che impiega una
componente di base gessosa fissata con l’ausilio di un collante.

Quando la stampa 3D è fashionQuando la stampa 3D è fashion
Braccialetti Fish-in-lillies progettati dalla stilista
sudafricana Michaella Janse van Vuuren e stampati con la
Objet 500 Connex3 di Stratasys con tecnologia
multimateriale e multicolore.

Quando la stampa 3D è fashionQuando la stampa 3D è fashion
Il corsetto Stained Glass. Le scarpe Classic Serpent.

Stampa 3D: i segreti di VoltaireStampa 3D: i segreti di Voltaire
«Per realizzare i nostri oggetti di
design – spiega Ciciani –
impieghiamo i sistemi di additive
manufacturing della EOS
azienda tedesca leader nella
fornitura di sistemi industriali
per SLS (Selective Laser
Sintering).

Materiali per stampanti 3DMateriali per stampanti 3D
Sono il PLA, l’ABS, il PET e il Nylon. Questi sono in estrema sintesi i
materiali più comuni nella stampa di oggetti 3D con stampanti di fascia
desktop. Si tratta di materie plastiche solide a temperatura ambiente che però
diventano fluide se portate intorno ai 200° C.
Il PLA è una plastica di origine vegetale ottenuta dal mais o dalla canna da
zucchero o dal siero del latte… con buone caratteristiche di resistenza
meccanica se non viene scaldato sopra i 70 – 80° C. E’ estremamente fluido
a 200° e questo lo rende il materiale plastico di elezione per le stampanti 3D.
Si tratta di un materiale molto leggero.
Chi ha necessità di resistenze maggiori utilizza l’acrilonitrile-butadiene-
stirene (ABS). Un materiale plastico fluido se scaldato e rigido a
temperatura ambiente. Si utilizza per ottenere oggetti rigidi e leggeri.
Esempi di oggetti in ABS di largo consumo sono i mattoncini della
LEGO, il flauto dolce delle lezioni di musica alle medie.
Di questi due tipi di plastica sono disponibili una serie molto numerosa di
colori e di mescole che permettono moltissimi effetti cromatici e perfino di
simulare il legno e il cemento.

Principali differenze tra materiali in ABS e PLA
L'ABS è che è prodotto da combustibili fossili e il PLA deriva da risorse
biologiche, che rendono PLA plastica biodegradabile. Quando si tratta di
stampa 3D, le differenze principali tra questi due materiali sono:
PLA è un liquido rigido e ABS è un liquido cristallizzato, che significa che
quando riscaldata ABS transita lentamente da un gel a liquido e PLA
transitita direttamente da solido a liquido.
ABS è più flessibile mentre il PLA è più rigido.
PLA è più lucido dell' ABS.
Costo di una bobina mediamente tra 25 e 30 euro
__________________________________________________________________
_______________________________________________________

Il PET è il materiale plastico utilizzato nell’industria alimentare (sono in PET le
bottiglie dell’acqua e delle altre bevande non alcoliche), ha un altissimo indice di
riciclabilità e un’alta temperatura di decomposizione. Proprio per quest’ultima
caratteristica è leggermente meno lavorabile da parte della stampante 3D.
Il Nylon è una relativamente new entry nel lotto di materiali stampabili 3D, è
il materiale dei collant, dei costumi da bagno, delle funi per l’arrampicata
sportiva, ecc. rispetto alle plastiche precedenti (PLA in particolare), possiede
maggiore resistenza meccanica e flessibilità.

Materiali per stampanti 3D: PLAMateriali per stampanti 3D: PLA
L'acido polilattico, o più correttamente il poli(acido lattico) o polilattato, è il polimero dell'
acido lattico.

PLAPLA
Le fasi di preparazione possono così riassumersi:
•Separazione dell'amido da fibre e glutine
•Liquefazione e saccarificazione dell'amido
•Fermentazione con riutilizzo nel brodo di coltura della parte proteica
separata dall'amido
•Purificazione e concentrazione delle soluzioni di sale dell'acido lattico
•Polimerizzazione
•Preparazione del manufatto

PLAPLA
Due stadi distinti: sintesi per via fermentativa e isolamento dell'acido L-lattico,
polimerizzazione dell'acido ottenuto. La fermentazione industriale avviene
grazie a un batterio del genere lactobacillus, che abbia una purezza elevata per
non influenzare la purezza ottica dell'acido prodotto. Come materie prime si
usano zucchero, melasse e siero di latte. In alternativa viene utilizzato
Bacillus coagulans.
La polimerizzazione porta ad un prodotto con peso molecolare molto basso
(<10.000) poiché la polimerizzazione è bilanciata dalla depolimerizzazione; man
mano che la catena si allunga, la velocità di polimerizzazione si riduce fino ad
eguagliare quella di depolimerizzazione. Bisogna operare con estensori di catena
o con eliminazione azeotropica dell'acqua liberata nel processo di poli
esterificazione (durante la purificazione).

PLAPLA
Le principali proprietà sono reologiche, meccaniche e di
biodegradabilità.
Reologiche: elasticità del fuso inferiore a quella delle olefine.
Meccaniche: variano da quelle di un polimero amorfo a quelle di un
polimero semicristallino; proprietà intermedie a quelle del PET e del
polistirene. La temperatura di transizione vetrosa è maggiore della
temperatura ambiente; si ottengono materiali trasparenti.
Biodegradabilità: così come prodotto non risulta biodegradabile; lo
diventa in seguito a idrolisi a temperatura maggiore di 60 °C e umidità
maggiore del 20%.

PLAPLA
Cos’è il PLA?
Il PLA è l’acido poliattico, un polimero derivato da piante come il mais, il
grano o la barbabietola, ricche di zucchero naturale (destrosio).
Come viene prodotto il PLA?
Il destrosio è convertito in acido lattico attraverso un processo di
fermentazione, e successivamente in polimeri versatili, che possono essere
utilizzati per produrre resine simili alla plastica o fibre.
Perchè il PLA è un materiale amico dell’ambiente?
Perchè è prodotto da risorse naturali rinnovabili annualmente. Una volta
utilizzati, i prodotti in PLA sono totalmente compostabili.
Perchè viene utilizzato proprio il mais?
Lo zucchero naturale è fondamentale nella produzione del PLA e il mais ne
è attualmente la più abbondante risorsa al mondo.
Quanto mais occorre per produrre 1kg di PLA?
Per produrre 1kg di PLA vengono utilizzati circa 2,5kg di mais.
Il PLA è biodegradabile e compostabile?
Sì.

PLAPLA
Qual è la differenza tra biodegradabile e compostabile?
I materiali biodegradabili si possono decomporre in parti molto piccole,
grazie a un’attività biologica a ai mutamenti nella struttura chimica del
materiale.
Invece, i materiali che esposti a determinate condizioni si decompongono
totalmente, non lasciando nessun residuo visibile o tossico, sono definiti
compostabili.
Un ramoscello di quercia, ad esempio, non è compostabile perchè si
decompone troppo lentamente. In altre parole, il compostaggio è il processo
completo di biodegradabilità.
In quanto tempo un bicchiere in PLA si decompone completamente?
Occorrono 6-8 settimane, all’interno di strutture industriali di compostaggio.
In condizioni di compostaggio ottimali, i prodotti in PLA si decompongono
in 8-12 settimane.

ABSABS
L'acrilonitrile-butadiene-stirene o ABS (formula chimica (C8H8· C4H6·C3H3N)n) è un
comune polimero termoplastico utilizzato per creare oggetti leggeri e rigidi come tubi
, strumenti musicali (soprattutto il flauto dolce ed il clarinetto), teste di mazze da golf
, parti o intere carrozzerie automobilistiche, come nella Citroën Méhari, e giocattoli
come i famosi mattoncini della LEGO, oltre che come contenitore per assemblaggi di
componenti elettrici ed elettronici ed a essere impiegato nella costruzione di alcune
armi da softair. Nel campo dell'idraulica i tubi in ABS sono di colore nero, mentre
quelli di PVC sono di colore bianco, arancione o grigio.
L'ABS è un copolimero derivato dallo stirene polimerizzato insieme all'acrilonitrile in
presenza di polibutadiene, e perciò può essere definito come terpolimero. Le
proporzioni possono variare dal 15% al 35% di acrilonitrile, dal 5% al 30% di
butadiene e dal 40% al 60% di stirene.
I granuli di plastica in ABS della dimensione minore di 1 micrometro vengono
utilizzati negli inchiostri per i tatuaggi poiché hanno la caratteristica di essere
particolarmente vividi.

Acrilonitrile butadiene stirene
(ABS)
Nomi alternativi
ABS
Caratteristiche generali
Formula bruta o
molecolare
(C8H8·C4H6·C3H3N
)n
Massa molecolare
(u)
60.000–200.000
Aspetto
solido da
incolore a grigio
Numero CAS [9003-56-9]
PubChem 24756
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3
,
in c.s.)
1,04-1,12
Solubilità in
acqua
insolubile
Temperatura di fusione105 °C (378,15 K)
Indicazioni di sicurezza
Frasi R ---
Frasi S ---

PETPET
Il polietilene tereftalato o polietilentereftalato (denominazioni
commerciali: Zellamid 1400, Arnite, Tecapet, Impet e Rynite, Ertalyte,
Hostaphan, Melinex e Mylar films, e le fibre Dacron, Diolen, Tergal,
Terital, Terylene e Trevira), fa parte della famiglia dei poliesteri, è una
resina termoplastica adatta al contatto alimentare.
In funzione dei processi produttivi e della storia termica può esistere in
forma amorfa (trasparente) o semi-cristallina (bianca ed opaca).
Viene utilizzato anche per le sue proprietà elettriche, resistenza chimica,
prestazioni alle alte temperature, autoestinguenza, rapidità di
stampaggio.
Viene indicato anche con le sigle PET, PETE, PETP o PET-P.
Il PET si decompone alla temperatura di 340 °C, con formazione di
acetaldeide e altri composti.[1

Polietilene tereftalato PET
Abbreviazioni
PET, PETE, PETP o PET-P
Caratteristiche generali
Formula bruta o
molecolare
(C10H8O4)n
Aspetto solido incolore e inodore
Numero CAS [25038-59-9]
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3
, in
c.s.)
1,370 (amorfo), 1,455
(cristallino)
Indice di rifrazione 1,5750
Solubilità in acqua insolubile
Temperatura di fusione260 °C (533 K)

NYLONNYLON
Con il termine di nylon si indicano in particolare le poliammidi alifatiche, ma
talvolta lo stesso termine si usa (impropriamente) per indicare anche la classe
delle poliaramidi (a cui appartengono il Kevlar e il Nomex), che sono invece
delle poliammidi aromatiche.
I nylon sono usati soprattutto come fibra tessile e per produrre piccoli manufatti

Filamenti italiani innovativi per stampanti 3DFilamenti italiani innovativi per stampanti 3D
didi Ciceri de MondelCiceri de Mondel
Attualmente la nostra produzione,
realizzata nei diametri 1,75 e 2,85
millimetri è incentrata su HIPS (High
Impact Polystyrene), ABS e PLA.
Abbiamo inoltre estruso, testato con
successo sia sulle nostre stampanti sia su
stampanti di ditte esterne con cui
collaboriamo ed iniziato a
commercializzare due altri filamenti in
PMMA e in copolimero trasparente (SBC).SBC è un materiale antiurto che unisce una notevole resistenza meccanica (superiore all’ABS) a
una notevole resistenza agli agenti atmosferici ed a molti agenti chimici, e che ha però, come
rovescio della medaglia, una notevole igroscopicità. Può essere da noi estruso in un filamento
con colorazione trasparente oppure opaca, si lavora ad una temperatura fino a 270°C per le
bobine essiccate che scende a 235°C per quelle che hanno assorbito umidità. La lavorazione ad
una temperatura più bassa non inficia l’aspetto del prodotto finito ma ne limita la resistenza
meccanica a causa della minore adesione che si ottiene tra i vari strati. Per andare più sul tecnico
le sue caratteristiche salienti sono le seguenti: 530 kgf/cm2 (Tensile strength – ASTM D63), 80%
(Elongation – ASTM D638), 23,300 kgf/cm2(Flexural modulus – ASTM D790 e 97°C (VICAT
softening temperature D1525 ).

L’SBC (è un copolimero Stirene-
Butadiene )è un termoplastico
trasparente avente un’elasticità
superiore all’ABS, ha un’ottima
lavorabilità in fase di stampa, unisce
inoltre una buona resistenza meccanica,
comunque inferiore all’ABS, al fatto di
non essere igroscopico. Si lavora tra i
240°C ed i 250°C. Le sue caratteristiche
tecniche salienti, anche in questo caso
utili da conoscere per i maker, sono: 26
MPa (Tensile Yield Strength D6381),
160 % (Elongation D6381), 1413 MPa
(Flexural Modulus D790) e 87 °C (Vicat
Softening Point D1525).

Il filamento al carbonio è ancora in fase di test di estrusione. E’ stato invece realizzato e
stampato con successo un filamento in TPU flessibile ed opaco. Ha un aspetto più simile
alla gomma dei filamenti in commercio che sono basti su TPE, poliestere termoplastico. Il
principale vantaggio è l’aspetto molto più simile alla gomma rispetto ai filamenti basati su
TPE, inoltre anche al tatto si presenta come una gomma dura piuttosto che come una
plastica morbida caratteristica comune ai filamenti in TPE. Tra i vari materiali innovazitivi
in fase di sperimentazione ci sono: Policarbonato (ottime caratteristiche meccaniche,
resistenza all’invecchiamento ma che, a contatto con acqua calda presenta fenomeni di
idrolisi), PBT elastomerizzato (ottima processabilità, resistenza meccanica e nessun
assorbimento di umidità, anche qui possibilità di idrolisi a contatto con acqua calda), blend
PA6-PP (per applicazioni a contatto anche con acqua calda, ottime proprietà meccaniche,
filo che dovrebbe essere solo leggermente igroscopico, riuscendo pertanto a coniugare le
caratteristiche tecniche del nylon ad una bassa igroscopicità tipica del polipropilene).

Filamenti bio per stampanti 3dFilamenti bio per stampanti 3d
Dagli scarti della verdura!!!
Vista tutta la plastica che si usa per le stampe 3D, è naturale che ormai si
cerchino delle soluzioni alternative meno inquinanti, magarti totalmente
biodegradabili. Un team di ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia di
Genova è andato addirittura un passo oltre, sviluppando dei filamenti di
bioplastica composta dagli scarti vegetali.

Per la precisione, questi materiali sono stati creati usando differenti
“basi” come spinaci, noci di cacao e riso: a questi elementi è stato
aggiunto poi l’acido trifluoroacetico, sostanza fondamentale per far sì che
le componenti di scarto vegetale si amalgamino.

Una volta fatto ciò, i composti sono stati posizionati all’intero di una serie
di piastra di Petri, ripuliti e lasciato a riposo; col passare del tempo, la
reazione ha dato origine a differenti filamenti, ognuno dotato di
particolari caratteristiche fisiche derivanti dal tipo di materiale usato
come base di partenza. La cosa più stupefacente è che, stando a quanto
constatato dagli scienziati, questi biomateriali vegetali disporrebbero di
proprietà comparabili in termini di efficacia, resistenza e malleabilità, ad
alcuni derivati del petrolio – tra cui, giusto per fare un esempio, l’ABS.
Un dato che potrebbe influenzare fortemente il mondo dei prodotti usati
per il processo di estrusione dalle stampanti 3D – magari creandone di
ecologici.

Il risultato di questo studio è stato pubblicato sul Mocromolecules
Journal, dove il team di ricercatori ha spiegato l’intero procedimento
per la creazione dei filamenti vegetali. Nonostante tutto, però, la strada
è ancora molto lunga: senza dubbio il mondo della stampa 3D e le
aziende coinvolte stanno guardando a questo segmento con particolare
interesse, ma difficilmente materiali simili riusciranno (almeno nel
breve) a soppiantare quelli plastici o quantomeno a garantirne le stesse
performance a parità di prezzo. È altresì vero, però, che l’idea di base di
produrre filamenti per le stampanti 3D tramite l’utilizzo di materiali di
scarto vegetale avrebbe un grandissimo impatto, in positivo, sulle risorse
del pianeta – cosa da non dimenticare mai visto quanto solitamente sia
alto il prezzo da pagare per il progresso tecnologico.

Il filamento per la stampa 3D solubile eIl filamento per la stampa 3D solubile e
commestibilecommestibile
http://www.stampa-3d.com/653/il-filamento-per-la-stampa-3d-solubile-e-commestibile/
L’azienda Olandese Leapfrog, dopo aver venduto la sua stampante 3d
numero 1000, torna sotto i riflettori per un loro nuovo prodotto.
In un video Leapfrog presenta un nuovo materiale per la stampa 3D
caratterizzato dal fatto di essere solubile in acqua e anche commestibile.
Il PVA è un composto chimico ottenuto per idrolisi e risulta
essere una delle plastiche per la stampa 3D più utilizzate.
PVA (Polyvinyl Alcohol): è una plasica speciale usata in molte
stampanti 3D. Il PVA è usata ad una temperatura di circa 190°C, è
solubile in acqua, e può essere utilizzata per stampare materiali di
supporto in complesse stampe 3D. IL PVA assorbe l’acqua come una
spugna, aspetto che lo rende particolamente difficile da usare in
ambienti umidi.
http://www.youtube.com/watch?v=4-vFxEtbA44

PVAPVA
Preparazione di una soluzione al 4% di PVA (polivinil alcol)
1. Pesare 8 g di PVA e trasferire nella beuta da 250 mL
2. Aggiungere 200 mL di acqua deionizzata e un agitatore magnetico.
3. Disporre la beuta su piastra agitante e lasciare in agitazione fino a dissoluzione
completa.
Reticolazione del PVA
4. Trasferire 20 mL di soluzione di PVA nel beaker da 100 mL
5. Aggiungere 5 mL di soluzione di borace al 5%
6. Mescolare vigorosamente per alcuni secondi fino alla formazione dello ‘skifidol’

Dalla soluzione al gel
PVA in soluzione
Il PVA è un polimero solubile in acqua. Quando si forma la soluzione le catene di
PVA si disperdono nel solvente e sono libere di muoversi le une rispetto alle altre:
abbiamo un liquido viscoso
Aggiungiamo borace: PVA reticolato
Le catene polimeriche non sono più libere di muoversi le une rispetto alle
altre, ma sono vincolate le une alle altre, a formare una sorta di rete
tridimensionale (o reticolo) che intrappola l’acqua.

PLAPLA
In questo caso non abbiamo più un liquido viscoso, ma un materiale
identificato con il nome di gel.
I gel sono strutture del tutto particolari costituiti da un reticolo
tridimensionale, generalmente polimerico, all’interno del quale sono
intrappolate grandi quantità di liquido (molto spesso acqua). Le
caratteristiche fisiche dei gel sono generalmente intermedie tra quelle
dei liquidi e quelle dei solidi e sono funzione della densità dei vincoli.

Le plastiche più utilizzate nelle stampanti 3DLe plastiche più utilizzate nelle stampanti 3D
Ci sono molte tipologie di plasiche da utilizzare con le stampanti 3D, ognuna
con vantaggi e svantaggi. Personalmente ho scelto il PLA data la sua bassa
tossicità e una certa sostenibilità del materiale.
Bisogna prestare attenzione al fatto che non tutte le stampanti 3D sono
compatibili con tutte le plastiche presenti sul mercato. Alcuni materiali
possono rovinare la stampante, dal momento che la temperatura di utilizzo
può variare dai 106°C ai 305°C a seconda dal materiale. Una stampante
creata per utilizzare PLA/ABS ad una temperatura di 250°C può non essere
in grado di funzionare a 300°C.

Le plastiche più utilizzate nelleLe plastiche più utilizzate nelle
stampanti 3Dstampanti 3D
ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene): è la plastica più economica per
stampare e viene utilizzata ad una temperatura che varia dai 215°C ai
250°C. L’ABS crea leggeri fumi che potrebbero creare problemi alle
persone particolarmente sensibili oppure ad alcuni animali domestici.
L’ABS può essere particolamente versatile. Può essere sabbiato e,
mixandolo con l’acetone, si può ottenre un risultato finale simile al vetro.
PLA (Polylactic Acid o Polylactide): è una plastica biodegradabile ottenuta
dal mais o dalle patate. I filamenti di PLA sono utilizzati ad una
temperature di 160°C – 220°C e non necessita un piano risaldato (una tela
da pittore può essere sufficiente). Quando viene riscaldato, il PLA odaora
quasi di mais tostato. Il PLA tende ad essere può rigido rispetto all’ABS.
Mentre il PLA non richiede un piatto riscaldato, può storcersi durante il
suo utilizzo, aspetto che può essere facilmente ridotto grazie all’utilizzo di
un piatto riscaldato.

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