Stampa 3D con resina: Case study e vantaggi chiave
Come si posiziona la stereolitografia e le sue diverse varianti rispetto ad altre opzioni di prototipazione a base di polimeri?
Molti nell'industria manifatturiera associano il termine "prototipazione rapida" all'invenzione della stereolitografia (SLA). Commercializzato per la prima volta nel 1986, questo processo di stampa a base di resina è diventato presto uno dei preferiti dagli sviluppatori di prodotti alla ricerca di modelli 3D rapidi e precisi per i loro progetti.
Le tecnologie concorrenti sono arrivate rapidamente, utilizzando una varietà di materiali, comprese le non resine, e oggi i progettisti hanno a disposizione una selezione di opzioni di prototipazione rapida. Le tecnologie di stampa 3D non resinose più diffuse includono la modellazione a deposizione fusa (FDM), la sinterizzazione laser selettiva (SLS) e Multi Jet Fusion (MJF), oltre a diverse varianti SLA più recenti. La domanda diventa quindi: Quale è la migliore per la mia applicazione?
La SLA offre diverse opzioni di finitura per migliorare la struttura dei pezzi, oltre a rivestimenti come il nichel SLArmor, la verniciatura, il trasparente e le decalcomanie personalizzate.
Che cos'è la stampa 3D con resina?
La stampa 3D con resina è un termine generico usato per descrivere le tecnologie di produzione additiva che costruiscono parti a partire da una resina fotopolimerica liquida che si indurisce o "polimerizza" quando viene esposta a una fonte di luce.
Al contrario, le stampanti basate sul filamento, come la FDM, fondono una bobina di materia prima di filamento di plastica per creare parti strato per strato, mentre le stampanti basate sulla polvere (SLS e MJF) fondono le particelle di polvere utilizzando un laser, agenti di fusione o altre fonti di calore.
A breve esploreremo i dettagli dei diversi processi a base di resina, ma tutti condividono alcuni attributi comuni. Tra questi, la risoluzione più elevata e i dettagli più fini dei pezzi rispetto alle stampanti a filamento o a polvere, con meno "scalettature" comuni alla stampa 3D. Ciò è dovuto al controllo preciso della fonte di luce e alla capacità di generare strati più sottili, lasciando così finiture più lisce rispetto alle alternative. Inoltre, questi pezzi richiedono una minore post-elaborazione rispetto a quelli realizzati con altri metodi, riducendo il costo dei pezzi e migliorando la precisione.
Per questo motivo, la stampa 3D a base di resina è spesso il processo preferito per le parti con design intricati, nonché per le parti piccole o in miniatura e per quelle con spessori sottili. Alcuni casi di utilizzo della stereolitografia per i prototipi e per i bassi volumi includono:
• Guide chirurgiche specifiche per il paziente
• Allineatori dentali
• Stampi e modelli di gioielli
• Manopole e coperture per uso automobilistico
• Alloggiamenti elettronici
Come funzionano le diverse stampanti 3D a resina?
Nonostante i suoi numerosi usi e applicazioni, è importante comprendere la meccanica dei diversi tipi di stampa 3D a base di resina. Ecco una breve panoramica di alcune delle tecnologie disponibili, seguita da alcune considerazioni per ciascuna di esse:
Nonno della produzione additiva, la SLA non si è seduta sugli allori della stampa 3D negli ultimi 40 anni, e le macchine di oggi sono molto più veloci e precise dei loro predecessori. Detto questo, tutte si basano su un laser ultravioletto (UV) per tracciare il contorno e l'interno di ogni strato, polimerizzando la resina liquida durante il processo. Una volta completata ogni "fetta", la piattaforma di costruzione si abbassa leggermente, la resina fresca viene tirata sulla superficie polimerizzata e il processo si ripete fino al completamento della costruzione. Anche in questo caso, è possibile ottenere dettagli molto fini, anche se a velocità inferiori rispetto agli altri processi basati sulla resina.
Immagina una stampante a getto d'inchiostro che, al posto dell'inchiostro, deposita una resina fotopolimerica liquida su un carrello di stampa; al completamento di ogni strato, una luce UV passa sopra la testa, polimerizzando la resina. PolyJet è una delle poche tecnologie AM che supporta più tipi di materiale in un'unica costruzione, compreso un materiale di supporto simile alla cera che viene lavato via dal pezzo finito una volta uscito dalla camera di costruzione. Questa capacità consente ai progettisti di creare prototipi che combinano due colori o durometri (durezza), rendendola ideale per parti flessibili come guarnizioni e sigilli.
PolyJet le consente di aggiungere sovrastampi ai suoi progetti, in modo da ottenere pezzi che incorporano più durometri.
Materiali utilizzati nella stampa 3D in resina
Queste stampanti possono anche lavorare resine che presentano proprietà diverse, consentendo loro di essere utilizzate in un'ampia gamma di applicazioni. Tra queste, ci sono materiali morbidi e comprimibili simili al silicone, resine che, una volta indurite, diventano dure e resistenti al calore come la ceramica, resine generiche che imitano l'ABS e resine simili al policarbonato che producono parti chiare o traslucide con un'elevata rigidità. In confronto, le stampanti SLS e MJF si limitano principalmente al nylon, mentre la FDM è in grado di stampare una varietà di materiali termoplastici, anche se non si avvicina alla precisione o alla velocità dei suoi concorrenti.
È importante notare che le resine richiedono un'attenta conservazione, in genere al riparo dalla luce e a temperature controllate. Inoltre, poiché contengono composti organici volatili (VOC), devono essere utilizzate in aree ben ventilate, evitando anche il contatto con la pelle umana.
Le resine sono generalmente più costose del filamento e della polvere e spesso sono di proprietà del produttore della stampante 3D. Ma data la varietà di materiali disponibili e le robuste caratteristiche fisiche, il delta di costo è spesso secondario rispetto alle prestazioni del prodotto.
Confronto tra stampanti 3D a resina industriali e stampanti a resina da tavolo
Chi sta leggendo potrebbe guardare al costo relativamente basso delle stampanti da tavolo e chiedersi: perché non prendere il controllo per la nostra prototipazione e acquistare la nostra macchina? Questo è certamente possibile e alcune aziende l'hanno fatto, anche se molte si sono rapidamente rese conto che le stampanti di livello industriale offrono in genere una maggiore precisione e finiture superficiali più uniformi, per non parlare della velocità e dei volumi di costruzione significativamente maggiori.
Le stampanti industriali offrono anche una selezione di materiali più completa rispetto alle machine da tavolo. Questo probabilmente non rappresenta una grande differenza per il lavoro di prototipo di base, ma quando si tratta di test funzionali, è fondamentale avvicinarsi il più possibile al materiale di utilizzo finale. E ancora, qualsiasi resina venga utilizzata deve essere conservata correttamente e consumata entro la sua limitata durata di conservazione.
Ma forse la ragione più grande per "diventare industriale" è l'esperienza. Un esempio di questo è dato da Daniel Lubiner, un educatore di educazione speciale che lavora con bambini ciechi e ipovedenti, che ha avuto problemi nel portare il suo progetto BrailleDoodle dalla carta al prototipo. Dopo aver investito in diverse iterazioni che non soddisfacevano i requisiti di precisione e di finitura superficiale del dispositivo, si è rivolto a noi per un aiuto. Il team di stampa 3D ha utilizzato la SLA industriale per fabbricare i tre componenti principali del prototipo in plastica simile all'ABS.
Un altro esempio? La startup di dispositivi medici UVision360 ha sfruttato la micro-risoluzione SLA e la resina termoindurente MicroFine Green di Protolabs per costruire parti in miniatura per il suo sistema di isteroscopia Luminelle. In questo modo, la piccola azienda ha evitato circa 200.000 sterline di costi di attrezzaggio e ha ridotto di mesi il ciclo di sviluppo.
In questi e altri casi, le aziende avrebbero potuto pensare che investire qualche migliaio di euro in una stampante SLA desktop sarebbe stato "sufficiente" per i loro bisogni di prototipazione. Tuttavia, come molti utenti alle prime armi, hanno scoperto che la stampa 3D di successo va ben oltre l'attrezzatura, e solo attraverso un'ampia esperienza e una quantità non trascurabile di prove le aziende riescono a padroneggiare questo processo profondamente tecnico.
Stampa 3D in outsourcing vs. Stampa 3D in-house: confronto
| Vantaggi | Svantaggi | |
|---|---|---|
| Stampa 3D in Outsourcing |
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| Stampa 3D In-house |
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Post-processo per le stampe 3D in resina
Le tecnologie di stampa 3D a base di resina hanno diverse altre caratteristiche in comune. La principale è la necessità di supporti di costruzione, che devono essere rimossi dopo la stampa. Come suggerito in precedenza, la rimozione dei supporti con il processo PolyJet può essere abbastanza semplice - basta lavare le parti - mentre le parti SLA richiedono un po' più di impegno, vale a dire la rottura dei supporti e l'utilizzo di un po' di carta vetrata per levigare la parte.
Altre potenziali opzioni di post- processo includono il vapour smoothing, la tintura, la decalcomania, la verniciatura e la testurizzazione, tutte disponibili anche con gli altri servizi di stampa 3D su polimeri di Protolabs. Si noti che non tutte queste opzioni di finitura sono disponibili per ogni processo di stampa.
In sintesi, ognuno di questi processi di stampa 3D a base di resina offre parti di alta qualità con dettagli raffinati e precisione superiore; la decisione su quale sia il più appropriato per la tua applicazione dipende da numerosi fattori, tra cui le dimensioni del pezzo, la quantità, la disponibilità del materiale e numerose altre considerazioni che è meglio esaminare con uno dei nostri esperti di stampa 3D. Per maggiori info, scrivaci a [email protected] o chiama allo +39 0321 381211.
Da: Alex Lothspeich, Application Engineer in stampa 3D