PROTOTIPAZIONE

RAPIDA (RP)

IntroduzioneIntroduzionePrima 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

IntroduzioneIntroduzioneNel 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.

IntroduzioneIntroduzioneDurante la fase di sviluppo di un

prodotto vengono realizzate le seguenti tipologie di prototipi:

Concettuali;Funzionali;Tecnici;Pre-serie

IntroduzioneIntroduzione

IntroduzioneIntroduzione

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.

IntroduzioneIntroduzione 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 (layer layer 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 vantaggiOpportunità 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 RPCAD 3D

File STL

OrientamentoGenerazione dei supporti

Slicing

Costruzione sezioni

Rimozione supportiPulizia

Finitura

Modello fisico

FASIFASI1. 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 strategiciCosti e tempi inferiori per la realizzazione di modelliRiduzione del tempo di lancio del prodottoPossibilità di realizzare produzione simultaneaRapidità nello sviluppo e nella gestione delle modifiche del progettoCapacità di trovare errori e problemi di progetto nelle fasi di sviluppoMaggiore flessibilitàMaggiore soddisfazione del clienteMaggiore competitività

Vantaggi di produzioneNella produzione di oggetti complessi le tecniche RP permettono di trovare errori prima di preparare e disegnare le attrezzature principali ed ausiliarieI modelli possono essere usati per fusione a cera persa, per ottenere stampi in silicone o di metallo per oggetti in plasticaSi riduce il numero complessivo di attrezzature di prova perché esse entrano in produzione solo quando è stato creato il prototipoIl modello matematico realizzato al CAD 3D può essere interfacciato con altri sistemi di produzione assistitaLa qualità finale del manufatto migliora

CONFRONTOCONFRONTO

Lavorazione CNC Stereolitografia

Fase Tempo(h) Fase Tempo(h)

Modello CAD 1 Modello CAD 1

Pianificazione di processo 1Generazione e

verifica file STL1.25

Programmazione percorso utensile 25 Esecuzione slicing 0.7

Generazione file APT 1Settaggio 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.

APPLICAZIONIAPPLICAZIONITipi 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 microfusioneUna 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 neurochirurgiaDati 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 SLALe 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 DELLE CLASSIFICAZIONE DELLE TECNICHE RPTECNICHE RP

Tecniche RP

Liquido

Solido

Polvere

1 componente 1 componente +legante

Selective Laser Sinteryng 3 Dimensional

Printing

Incollaggio Estrusione

LaminateObject

Manufacturing

FusedDepositionModeling

Stampa a getto Fotopolimerizzazione

Lampada UV LaserSolid Ground

CuringStereolitografia

Multi Jet Modelling

Ballistic Particle Manufacturing

Sanders Prototype

Classificazione secondo il Classificazione 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)

ClassificazioneClassificazioneLe 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 EMERGENTIAccanto 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 CeramicsConsiste nell'estrusione di filamenti realizzati con una

sospensione legante - ceramico, a cui fa seguito un trattamento di pirolisi e sinterizzazione.

Direct Ceramic Jet PrinterLe 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 m. Al processo seguono i trattamenti termici di pirolisi e sinterizzazione.

Selective Laser SinteringUn 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 ceramiciLaser stereolitographyIl 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 SolidificationIl 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 ModelingIn 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:polveriViene 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 SinteringUno 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 carta LOM: 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.

LOMLOMIl 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 Object Laminated Object Manufacturing (LOM)Manufacturing (LOM)

Fogli ceramici

termoadesivi

Multi jet Multi 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-stampa Sanders Prototype inc (SPI): liquido-stampa a getto a 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 curingL’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 Curing Solid Graund Curing

StereolitografiaStereolitografia

StereolitografiaStereolitografiaLa 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:

StereolitografiaStereolitografia 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.

StereolitografiaStereolitografia 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.

StereolitografiaStereolitografia

Il processoIl processoGenerazione 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.

Il processoIl processo 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.

Il processoIl processo 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.

Il processoIl processo

Il processoIl processo 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 delpezzo

Ambiente

TemperaturaUmidità

Materiale

Proprietà meccaniche, fisiche,

chimiche

Geometria

DimensioniFinitura

Preparazione dati

OrientamentoSlicing

Supporti

Post-processo

PuliziaPost-curaFinitura

Processo

Spessore stratoStrategia scansione

Macchina

Potenza e spot laserElevatore

Ricoprimento

Fattori che influenzano la qualità del prototipo

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.

Fattori che influenzano la qualità del prototipo

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

Fattori che influenzano la qualità del prototipo

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.

Fattori che influenzano la qualità del prototipo

Fattori che influenzano la qualità del prototipo

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 difetti di 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 SLAPrincipali 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 SLAI 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 del Parametri 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.

cE0

ElnpD

dC

Materiali commerciali per SLAMateriali commerciali per SLA

Materiali commerciali per SLAMateriali commerciali per SLA

Materiali commerciali per SLAMateriali commerciali per SLA

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

Stampanti 3DStampanti 3D Notizie da http://www.3dprintingcreative.it/

Il cinema si fa i costumi in 3DNelle 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».

Stampanti 3DStampanti 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.

Stampanti 3DStampanti 3DMaison 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 WhaleWhale, 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 3DSono 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.

Materiali per stampanti 3DMateriali per stampanti 3D

Principali differenze tra materiali in ABS e PLAL'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

_________________________________________________________________________________________________________________________

Materiali per stampanti 3DMateriali per stampanti 3DIl 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: PLAL'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 poliesterificazione (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%.

PLAPLACos’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.

PLAPLA

PLAPLA

ABSABSL'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

ABSCaratteristiche generali

Formula bruta o molecolare

(C8H8·C4H6·C3H3N)n

Massa molecolare (u)

60.000–200.000

Aspettosolido da incolore a grigio

Numero CAS [9003-56-9]PubChem 24756Proprietà chimico-fisicheDensità (g/cm3, in c.s.)

1,04-1,12

Solubilità in acqua

insolubile

Temperatura di fusione

105 °C (378,15 K)

Indicazioni di sicurezzaFrasi R ---Frasi S ---

PETPETIl 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 fusione

260 °C (533 K)

NYLONNYLONCon 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 3D Filamenti italiani innovativi per stampanti 3D di di 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 ).

Filamenti italiani innovativi per stampanti 3D Filamenti italiani innovativi per stampanti 3D di di Ciceri de MondelCiceri de Mondel

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).

Filamenti italiani innovativi per stampanti 3D Filamenti italiani innovativi per stampanti 3D di di Ciceri de MondelCiceri de Mondel

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.

Filamenti bio per stampanti 3dFilamenti bio per stampanti 3d

Dagli scarti della verdura!!!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.

Filamenti bio per stampanti 3dFilamenti bio per stampanti 3d

Dagli scarti della verdura!!!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.

Filamenti bio per stampanti 3dFilamenti bio per stampanti 3d

Dagli scarti della verdura!!!

Filamenti bio per stampanti 3dFilamenti bio per stampanti 3d

Dagli scarti della verdura!!!

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 e Il 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 mL2. 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 PVA4. Trasferire 20 mL di soluzione di PVA nel beaker da 100 mL5. Aggiungere 5 mL di soluzione di borace al 5%6. Mescolare vigorosamente per alcuni secondi fino alla formazione dello ‘skifidol’

PLAPLASchema di reazione

Dalla soluzione al gelPVA in soluzioneIl 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 reticolatoLe 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.

PLAPLAIn 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 nelle Le 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.