DSCF7335

Stampare per credere!

La storia della stampa 3D dai suoi esordi, ad oggi.

Stampa tridimensionale: è un processo ‘additivo’, ossia basato sull’addizione di materiale (in contrapposizione ai processi basati sulla ‘sottrazione di materiale’, per es., la tornitura, la fresatura, le lavorazioni con macchine a controllo numerico ecc.), per la riproduzione tridimensionale fedele di modelli digitali in 3D, realizzati con un software CAD (Computer Aided Design) oppure ricavati da scansioni tridimensionali di modelli solidi già esistenti, mediante l’uso di dispositivi di fabbricazione strato su strato.

Per stampa 3D s’intende la realizzazione di oggetti tridimensionali partendo da un modello 3D digitale, prodotto con software dedicati, e successivamente elaborato per essere realizzato attraverso una stampante 3D. Quest’ultima, appunto, riproduce un modello virtuale nel mondo reale. 

La storia della stampa 3D è una delle poche storie di tecnologie nate quasi esclusivamente dal genio di un unico inventore: Chuck Hull, un ingegnere che lavorava in una piccola fabbrica dove si producevano lampade a raggi UV per indurire vernici. La storia ha inizio nel 1983, quando Hull creò il primo prodotto  in assoluto “stampato in 3D”, inventando così la stereolitografia. Si trattava di nuovo metodo di creazione di oggetti che consiste nel sovrapporre strati di polimero liquido fotosensibile che si induriscono una volta esposti alla luce ultravioletta (raggi UV, appunto). Nel 1984, un solo anno dopo, intuendo le potenzialità di questa straordinaria invenzione, depositò il primo brevetto per il sistema di stereolitografia (SLA). Ai tempi, fu una vera rivoluzione per il settore manifatturiero che fino a quel momento aveva applicato un unico metodo alla creazione di nuovi oggetti: la sottrazione. Prima di lui, soltanto Hideo Kodama nel 1980 aveva tentato di brevettare un primo device per la prototipazione rapida.

1984_1
Primo brevetto per il sistema di stereolitografia.

Forte del successo del brevetto, nel 1986, Hull fondò la 3DSystems che è ancora oggi l’azienda di stampa 3D all’apice del settore. Quell’azienda fu la prima nel mondo, nel 1987, a commercializzare quello che sarebbe diventato uno degli strumenti di rapid prototyping più utilizzati al mondo: la stampante 3D.

1987_0
La prima stampante 3D.

La stereolitografia però è limitata dal materiale che può lavorare perché essenzialmente si tratta di plastiche, quindi l’uso industriale degli oggetti prodotti con tale tecnica non poteva andare oltre che la produzione di prototipi funzionali .

Per questa ragione, nel giro di pochi anni, si svilupparono altre tecniche che resero possibile la lavorazione di altri materiali.In particolare, nel 1988, in Texas, lo studente universitario Carl Decker brevettò un sistema di stampa 3D che sfruttava la tecnologia del laser per aggregare polveri termoplastiche e ottenere la forma desiderata: la sinterizzazione laser selettiva (SLS).

Nello stesso periodo, S. Scott Crump era alla ricerca di un modo semplice per creare una rana giocattolo per la sua bambina. Così, con una pistola per colla a caldo fuse la plastica e la distribuì in strati sottili. Da questa incredibile intuizione nacque la Modellazione a Deposizione Fusa (FDM). Insieme alla moglie, sviluppò una macchina che fondeva e distribuiva un filamento plastico in strati su una superficia plastica. L’invenzione fu subito un successo, così con un brevetto in mano, i coniugi Crump fondarono Stratasys.

Da quel momento in poi, le basi della tecnologia 3D erano state gettate. L’evoluzione della produzione additiva divenne piuttosto rapida.  A partire da quegli anni, nacquero i principali produttori di stampanti 3D, le nuove tecnologie vennero perfezionate e anche gli strumenti di modellazione 3D iniziarono a diffondersi, portando questa nuova tecnologia al successo.

Il 2000 fu l’anno del primo rene stampato in 3D, ma si dovettero aspettare altri 13 anni per vederlo trapiantato in un paziente.

Il 2004 invece fu l’anno del  RepRap Project che consiste nella creazione di una stampante 3d che riproduce se stessa: da allora, è possibile stampare in 3D una stampante 3D.  Da quel momento in poi, nacquero centinaia di modelli che, anche grazie alle piattaforme di crowdfunding, spalancarono le porte  alla produzione e allo sviluppo delle stampanti domestiche.

First_replication
Adrian Bowyer (sinistra) e Vik Olliver (destra): membri del RepRap project.

Oggi, chiunque può sperimentare la prototipazione rapida grazie alla stampante 3D. Questi strumenti infatti hanno ormai prezzi accessibili e, anche se non si è possessori di una stampante, è possibile stampare i propri modelli o quelli degli altri in ogni momento grazie a servizi come Shapeways. Questo servizio, nato nel 2007, è un portale online, a metà strada tra un marketplace e una community, che da la possibilità di caricare i propri progetti e stamparli usando differenti materiali.

Tra le stampanti ad utilizzo domestico più famose troviamo quelle prodotte a partire dal 2008 dalla MakerBot Industries, come la Thing-o-Matic, la prima stampante venduta in kit di montaggio e diffusa in tutto il mondo.

Makerbot_Thing-O-Matic_Assembled_Printing_Blue_Rabbit
Makerbot Thing-O-Matic 

Le stampanti 3D più comuni utilizzano prevalentemente materiali  plastici ridotti in fili di varia sezione e raccolti in bobine: i fili vengono fusi ed estrusi attraverso degli ugelli e, appena uscito, il materiale solidifica riproducendo uno dopo l’altro i vari strati del modello, fino a realizzarlo completamente. Il processo è chiamato produzione additiva ed è quello utilizzato dalle cosiddette stampanti a deposizione (è l’FDM di cui abbiamo parlato sopra).

Per poter stampare in 3D un oggetto bisogna avere un modello digitale disegnato con un software di modellazione 3D. Se non si hanno buone doti di modellazione, esistono diverse piattaforme in cui è possibile scaricare dei modelli disegnati e condivisi in open source dalla community di stampatori. La più famosa tra queste piattaforme è Thingiverse. In alternativa, è possibile scannerizzare in 3D l’oggetto che si desidera replicare con la stampa. Finito questo passaggio si salva il modello nel formato .STL e lo si carica in un software di Slicing; in questi tipi di software si possono impostare tutti i dati della stampante 3D e molti parametri per la stampa, come lo spessore del layer, l’infill e la velocità di stampa.

diagramma3Dprinting
Il processo di stampa

Tra i tanti utilizzi più recenti della stampa 3D, uno che ha suscitato particolari attenzioni è sicuramente il Contour Crafting: la stampa tridimensionale con il cemento.  Questo nuovo metodo ha aperto alla possibilità di  applicare la stampa 3D anche alla costruzione di case e, più in generale, alle opere edilizie. Grazie a questa tecnologia, nel 2019 è stato costruito a Shanghai il più grande ponte pedonale in cemento realizzato finora con la stampa 3D, lungo 26,3 metri e largo 3,6. La NASA, sempre in questa direzione, ha affermato che, in futuro, potrebbero utilizzare questo sistema per costruire case su Marte.

Il mondo della stampa 3D non riguarda soltanto l’edilizia, ma si sta rapidamente diffondendo anche nel settore alimentare. Le stampanti 3D alimentari hanno lo stesso funzionamento di quelle 3D tradizionali, con la sostanziale differenza che, al posto dei materiali plastici, vengono estrusi alimenti ridotti ad impasto. Sono diversi i modelli in circolazione, alcuni permettono di stampare cibo fresco, altri prevedono l’uso di preparati preconfezionati, sia liquidi che in polvere.

L’utilizzo in campo alimentare delle stampanti 3D può avere risvolti positivi anche per la riduzione degli sprechi. Pionieristico in questo senso è il caso di Elzelinde Van Doleweerd, laureata in industrial design all’Università di Eindhoven, fondatrice di Upprinting Food: una startup olandese che grazie alla stampa 3D da una nuova vita agli scarti alimentari. Mescolando e combinando diversi ingredienti provenienti dagli scarti, creano delle puree, che vengono poi stampate in 3D da una stampante alimentare. Queste stampe vengono poi cotte al forno e disidratate.

cover-138
Prodotti di Upprinting Food

Di tutt’altra impronta è invece l’esperimento del 2016 di Food Ink, un ristorante pop up, ovvero temporaneo e itinerante, in cui tutto il cibo, tutti gli utensili e tutti i mobili sono completamente prodotti attraverso la stampa 3D in uno spazio immersivo e futuristico. Food Ink rappresenta un’esperienza gastronomica unica nel suo genere, un esperimento concettuale in cui la buona cucina incontra l’arte, la filosofia e le tecnologie di domani.

Ancora una volta Lea ci ha accompagnati alla scoperta di un mondo sperimentale e affascinante: quello della stampa 3D.  Se siete curiosi di scoprire quali saranno le prossime tecnologie a rivoluzionare il nostro mondo, iscrivetevi qui. 

Condividi questo articolo