La stampa 3D è una tecnologia di produzione additiva che crea oggetti tridimensionali a partire da modelli digitali, utilizzando vari materiali come plastica, metalli e ceramiche. Questa tecnica offre numerosi vantaggi rispetto ai metodi tradizionali, come la riduzione degli sprechi e la possibilità di personalizzazione, ma presenta anche sfide come elevati costi delle macchine e necessità di nuove competenze. È prevista una crescita significativa del mercato della stampa 3D, con impatti notevoli su diversi settori industriali nei prossimi anni.

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L
a stampa 3D (3D-printing) è un
metodo di produzione di oggetti
tridimensionali a partire da un
modello digitale che permette di creare
oggetti completi, o parti, attraverso un
processo di stratificazione sequenziale
(layering). È una tecnica di produzione
additiva (additive manufacturing) che
costruisce gli oggetti aggiungendo mate-
riale, contrariamente a quello che fanno
le macchine utensili tradizionali (torni,
frese, trapani), che asportano porzioni di
materiali esistenti per ottenere i prodotti
finiti (produzione sottrattiva). La produ-
zione additiva è paragonabile alla realiz-
zazione degli oggetti di argilla, vetro o
porcellana, mentre la produzione sottrat-
tiva è come la scultura di marmo e legno.
Con stampa 3D si possono creare oggetti
utilizzando vari materiali: plastica, metalli
(acciai, alluminio, rame, metalli preziosi,
leghe e super-leghe), ceramiche, fibra di
carbonio, argilla, sabbia, vetro, carta, cioc-
colato e altre sostanze alimentari, e persino
cellule viventi (bio-printing), che sono
utilizzati dalle stampanti 3D sotto forma
dipolveri,liquidi,paste,filamentiolamine.
Alcune macchine permettono di produrre
oggetti con diversi colori e composti da
materiali diversi, anche con alcune parti
a geometria variabile o rotanti come cer-
niere, snodi, cuscinetti a sfera, molle, ecce-
tera. Per la stampa 3D sono disponibili
numerose tecnologie, che si differenziano
per il modo in cui sono costruiti gli strati
che creano gli oggetti. Alcuni metodi,
come il ‘selective laser sintering’ (Sls) e la
modellazione a deposizione fusa (fused
deposition modeling - Fdm), fondono o
ammorbidiscono i materiali per produrre
gli strati, mentre altri, come la stereolito-
grafia (Sla) solidificano materiali liquidi.
Nei sistemi di laminazione (laminated
object manufacturing - Lom) fogli sottili
di materiali (anche comuni fogli di carta)
vengono tagliati e uniti insieme per otte-
nere la forma voluta. Ogni metodo ha i
propri vantaggi e limiti, e si presta a uti-
lizzare determinati materiali, quindi alcuni
produttori offrono più di una tecnologia.
Le principali considerazioni per scegliere
una stampante 3D sono generalmente le
dimensioni, la velocità di produzione, il
costo della macchina, i costi della scelta
di materiali e di colori. I processi di fab-
bricazione additiva sono standardizzati
dallaAmericansocietyfortestingmaterials
(Astm),chedefinisceanchelaterminologia
standard e la classificazione delle tecno-
logie di ‘additive manufacturing’. I prezzi
delle stampanti 3D variano da poche cen-
tinaiadifranchiperlestampantiamatoriali
in grado di produrre piccoli oggetti in pla-
stica o argilla, alle decine e centinaia di
migliaia di franchi per le stampanti indu-
striali che producono grandi parti metal-
liche. Per produrre un oggetto tramite un
processo di stampa 3D, si seguono i
seguenti passi: mediante strumenti di pro-
gettazione Cad 3D (o scanner 3D se si
vuole riprodurre un oggetto esistente) si
crea un modello digitale dell’oggetto; poi
si esporta il modello a una stampante 3D,
generalmente tramite un file in formato
standard Stl (standard tessellation langua-
ge) che descrive il pezzo come un insieme
di strati (layer); a questo punto la stam-
pante 3D ‘legge’ il file e produce il pezzo
strato per strato (layer-by-layer); infine
l’oggettoprodottovienesottopostoaeven-
tuali operazioni di finitura (pulitura, trat-
tamenti superficiali).
La stampa 3D presenta diversi vantaggi
rispetto ai metodi di produzione conven-
zionali: un’idea si può trasformare diret-
tamente in un prototipo o in un prodotto
finito partendo da un file sul computer di
Stato attuale dell’arte e le opportunità per le industrie svizzere.
La stampa 3D
/Banca Migros
Sopra,Giancarlo Magnaghi,ingegnere,
docente e titolare dello Studio Magna-
ghi Sas. Sarà il relatore dei seminari
sulla stampa 3D che si terranno al
Novotel di Lugano, il 21 ottobre e il 3
dicembre venturi. A sinistra, modello
di un collettore di un motore Ford.
un progettista, evitando intermediari e
molti stadi della produzione tradizionale.
La produzione additiva assorbe meno
energia della produzione sottrattiva, può
ridurre la quantità di materiale sprecata
nei processi di fabbricazione e creare
oggetti che è difficile o impossibile otte-
nere con le tecniche tradizionali.
Applicazioni e impatti sul mercato.
Secondo le più autorevoli ricerche di mer-
cato, la stampa 3D è una delle tecnologie
emergenti (disruptive technologies) che
rivoluzioneranno le nostre vite nei pros-
simi 10-20 anni. Wohlers prevede che il
mercato mondiale delle stampanti e dei
servizi 3D, che nel 2012 valeva 2 miliardi
dollari, dovrebbe superare i 10 miliardi di
dollari entro il 2021. Secondo McKinsey,
a partire dal 2025 la fabbricazione additiva
produrrà un impatto economico globale
dai 230 ai 550 miliardi di dollari all’anno.
La società di ricerche di mercato Gart-
ner Group ha pubblicato nello scorso ago-
sto una versione del suo ‘hype cycle’ che
descrive il ciclo di vita e il grado di matu-
razione nei vari campi applicativi delle
principali tecnologie che costituiscono
l’articolato ecosistema della produzione
additiva. Le opportunità di mercato sono
notevoli sia nel campo hobbistico e arti-
gianale dei maker (modellismo, giocattoli,
accessori, gioielleria, calzature, moda,
ceramica, scultura, parti per restauri,
pasticceria), per realizzare oggetti unici o
personalizzati (con produzione diretta nei
fab lab o tramite centri servizi), sia nel
campo industriale (dalla realizzazione di
prototipi alla produzione di parti funzio-
nali). I mercati più promettenti sono -
oltre al ‘rapid prototyping’ - produzione
artigianale, oggetti di design, oreficeria e
orologeria, industria aerospaziale, mec-
canica di precisione, protesi e altri dispo-
sitivimedicali,cherichiedonounaltolivel-
lo di personalizzazione e complessità.
La possibilità di costruire molti prodotti
vicino all’utilizzatore finale tramite pro-
duzione additiva con le stampanti 3D per-
metterà di incrementare la flessibilità
rispetto alle esigenze del cliente e la velo-
citàdiconsegna,consignificativeriduzioni
di inventario. Non sarà più necessario spe-
dire il manufatto da una fabbrica centrale,
ma si potrà scaricare il file con il modello
digitale e fabbricare il prodotto vicino al
cliente. La produzione additiva può richie-
dere un cambiamento profondo della filie-
ra produttiva, modificando i ruoli degli
attori e proponendo nuovi modelli di busi-
ness. Questo cambiamento porterà oppor-
tunità e sfide all’industria svizzera, per-
mettendo produzioni flessibili e localizzate
vicino agli utilizzatori. Inoltre diventerà
molto più facile per le aziende che operano
in campo internazionale decidere in base
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3D-printing in dettaglio
Processi / tecnologie Descrizione dei processi Materiali Prodotti / Mercati
Binder jetting Processo di produzione additiva in cui un legante liquido Polimeri, metalli, • Prototyping
• 3D printing (3Dp) è depositato selettivamente per aggregare i sabbia da fonderia, ceramica • Stampi per fonderia
• Ink jetting (Ij) materiali in polvere. • Parti funzionanti
Directed energy deposition Processo di produzione additiva in cui un’energia termica Metalli in polvere e fili • Riparazioni
• Direct metal deposition concentrata è usata per fondere i materiali che vengono • Parti funzionanti
• Laser deposition depositati (simile alla saldatura).
Material extrusion Processo di produzione additiva in cui i materiali sono Polimeri termoplastici • Prototyping
• Fused deposition depositati selettivamente da un ugello. Sviluppata da Stratasys. (Abs, Pla, policarbonato, Ultem) • Piccoli oggetti
modeling (Fdm) Dopo la scadenza del brevetto è utilizzata dalle stampanti fiberglass, nylon, kevlar • Medicali
detta anche open source RepRap che chiamano questa tecnologia fibra di carbonio
• Fused filament Fused filament fabrication (Fff) poiché la Fused deposition
fabrication (Fff) modeling (Fdm) è un trademark di Stratasys.
Material jetting Processo di produzione additiva in cui sono depositate Polimeri, cere • Prototyping
• Polijet selettivamente gocce di materiale. • Stampi per fonderia
• Ink jetting
Powder bed fusion Processo di produzione additiva in cui un’energia termica Polimeri, metalli, acciaio inox, • Prototyping
• Selective laser sintering (Sls) fonde selettivamente porzioni di un letto di polveri. ceramiche, sabbia, vetro, • Parti funzionanti
• Direct metal laser sintering (Dmls) leghe di titanio e di cobalto,
• Selective laser melting (Slm) Inconel, alumide
• Electron beam melting (Ebm)
Sheet lamination Processo di produzione additiva in cui fogli di materiale Fogli di carta, di plastica o di metalli • Prototyping
• Laminated object manufacturing (Lom) vengono uniti per formare un oggetto. e colla materiali ibridi • Parti funzionanti
Vat photopolymerization Processo di produzione additiva in cui un fotopolimero liquido Fotopolimeri, ceramiche • Prototyping
• Stereolitografia (Sla) in un serbatoio è solidificato selettivamente tramite
una polimerizzazione attivata dalla luce.
A sinistra, una testata funzionante di
motore motociclistico ottenuta tra-
miteproduzioneadditiva.Paginaaccan-
to in basso, l’acquisizione della geo-
metria di uno scarpone tramite uno
scanner 3D.

2. alla propria convenienza in quali paesi
investire, produrre, creare occupazione e
pagare le tasse.
Le questioni aperte sulla stampa 3D.
Come tutte le tecnologie rivoluzionarie
nascenti, anche la produzione additiva sof-
fre di alcuni ‘problemi di gioventù’, molti
dei quali sono in via di rapida soluzione.
Elevati sono i costi delle macchine, soprat-
tutto quelle indirizzate al mercato indu-
striale. Secondo McKinsey, il prezzo
medio delle stampanti industriali è di
75mila dollari e può anche superare il
milione di dollari per alcuni modelli di
punta. Però i prezzi sono in rapida discesa,
per varie ragioni: la scadenza dei bevetti
delle principali tecnologie di produzione
additiva, che favorisce la concorrenza; le
economie di scala derivanti dal numero
sempre maggiore di macchine vendute; il
progresso tecnologico, che migliorando
la qualità, la versatilità e le prestazioni
delle macchine, ne favorisce il downsizing,
a cui si aggiunge la concorrenza dal basso
delle stampanti amatoriali RepRap, che
costano anche meno di 500 dollari e pos-
sono sostituire in taluni casi le stampanti
industriali di fascia bassa.
Elevati costi e scarsa disponibilità dei
materiali. Mentre nel campo della ‘per-
sonal fabrication’ i principali materiali,
come l’acrilonitrile-butadiene-stirene
(Abs) e il polilattato (Pla), sono ormai stan-
dardizzati ed è possibile acquistarli sul
libero mercato. Per le stampanti industriali
le materie prime sono spesso fornite esclu-
sivamente dai produttori, poiché vengono
progettate e prodotte per garantire il fun-
zionamento ottimale delle macchine a cui
sono destinate e garantire così le proprietà
dei prodotti creati. Sono però in atto ricer-
che per realizzare nuovi materiali sempre
più performanti e ‘intelligenti’ e gli enti
di standardizzazione sono al lavoro per
definire alcuni materiali utilizzabili su tutte
le macchine, con notevoli economie.
Tempi di produzione lunghi. Anche se
le stampanti 3D diventano sempre più
veloci ed efficienti, la stampa tridimen-
sionale è particolarmente adatta per pro-
durre in piccola scala oggetti complessi e
non sostituirà mai la produzione su larga
scala di oggetti semplici. Se si considera
tutto il ciclo di vita del prodotto - progetto,
prototipazione, attrezzaggio, produzione
delle parti, montaggio, finitura, gestione
dei magazzini e spedizioni - appare che i
processi di produzione 3D, anche se sono
più lenti di quelli tradizionali, rendono
piùvelocelaprogettazione,espessorichie-
donomenooperazionidimontaggio,sem-
plificano la catena logistica e riducono
drasticamente i tempi di spedizione.
Necessità di nuove competenze e orga-
nizzazioni. La diffusione della stampa
3D richiede notevoli competenze relative
alla progettazione Cad 3D e alla gestione
di macchine elettroniche sempre più sofi-
sticate. Aumenta, quindi, la domanda di
personale esperto nella progettazione Cad
3D e nella gestione delle macchine. È pro-
babile che in taluni casi si passi dalle grandi
fabbriche a piccole unità produttive distri-
buite sul territorio (fabbrica diffusa).
Concorrenza sleale e contraffazione.
In prospettiva, la diffusione della produ-
zione additiva può favorire l’aggravamento
di alcune problematiche. Infatti, con uno
scanner e una stampante 3D diventa facile
riprodurre oggetti protetti da marchi e
brevetti, favorendo la contraffazione dei
prodotti. Di tutti questi argomenti si par-
leràneiseminarichesiterrannoalNovotel
di Lugano, il 21 ottobre e il 3 dicembre,
per presentare agli operatori un panorama
completo dello stato dell’arte e delle
opportunità offerte dalla stampa 3D.
Saranno anche presentati i più recenti dati
di mercato, con il contributo di Vincenzo
Guido di Venosa, esperto di marketing
delle tecnologie innovative.
Giancarlo Magnaghi
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