Il Fused Deposition Modeling (FDM), noto anche come Fused Filament Fabrication (FFF), e la Stereolitografia (SLA) sono due delle più utilizzate tecnologie di stampa 3D e caratterizzano la maggior parte delle stampanti 3D che si trovano attualmente sul mercato. I prezzi di tali macchine spaziano da qualche centinaia di dollari per sistemi desktop di base a qualche centinaio di migliaia di dollari per i sistemi industriali. A utilizzarle sono tanto gli appassionati e le piccole imprese quanto le grandi aziende multimilionarie, per le quali tali macchine sono parte integrante delle filiere di sviluppo e produzione.
Tra i settori di adozione vi sono l’aerospaziale, quello automobilistico, l’healthcare o quello dei beni di consumo. In campo aerospaziale, sia SLA e FDM vengono utilizzate per creare componenti, soprattutto prototipi ma anche utensili e parti finali, leggeri e complessi. La tecnologia FDM è più adatta alle applicazioni che richiedono un elevata resistenza a forti sollecitazioni e variazioni di temperatura. In ambito automobilistico invece, tali approcci vengono impiegati per la prototipazione rapida, la customizzazione dei pezzi e persino il tooling.
Seppur per applicazioni molto diverse, FDM e SLA vengono impiegate anche in ambito healthcare, con la SLA che trova applicazioni più frequenti e a un più alto impatto a confronto con la FDM. I produttori di beni di consumo, infine, ricorrono alle tecnologie in questione in fase di progettazione e prototipazione rapida di nuovi prodotti, consentendo di accelerare l’iterazione e la disponibilità sul mercato nonché sempre più spesso per gli stessi prodotti finali.
Il processo FDM prevede l’estrusione di filamenti termoplastici mediante un ugello riscaldato. Quest’ultimo si muove lungo un tracciato predefinito, indicato dal file digitale del modello 3D, depositando il materiale layer su layer con una solidificazione che avviene prima dell’aggiunta del successivo.
A confronto con molte altre tecnologie di stampa 3D, la FDM è vantaggiosa dal punto di vista economico e si avvale di un’ampia gamma di materiali con proprietà specifiche quali resistenza al calore, flessibilità e forza. Tuttavia, i costi di alcuni sistemi FDM industriali di fascia alta sono significativamente più elevati.
Tra le termoplastiche più comunemente impiegate nella FDM, spiccano PLA (Acido Polilattico), ABS (Acrilonitrile Butadiene Stirene), PETG (Polietilene Tereftalato Glicole), PEKK (Polieterchetone Chetone), PA (Poliammide) e vari filamenti compositi che integrano fibre di carbonio, particelle di legno o metallo. Si tratta di una tecnologia ampiamente utilizzata per la prototipazione, il tooling e la produzione su piccola scala, grazie alla sua accessibilità, convenienza in termini economici e facilità d’uso.
Tuttavia, la risoluzione di stampa dei pezzi FDM è inferiore rispetto alla SLA. Inoltre, data la natura del processo, una scarsa adesione dei layer potrebbe compromettere la resistenza del pezzo finale.
Nell’ambito della prototipazione, la FDM è preziosa per la realizzazione rapida di parti funzionali, che consentono di testare e convalidare i progetti in modo iterativo. Ciò è particolarmente vantaggioso in settori quali l’automobilistico e l’aerospaziale, dove i prototipi possono essere testati per forma, adattamento e funzionalità prima di passare alla produzione su larga scala.
Anche nel settore dell’istruzione, le stampanti FDM a basso costo trovano comunemente impiego nell’insegnamento dei principi della stampa 3D e dell’ingegneria, fornendo agli studenti un’esperienza pratica. Questa tecnologia è inoltre apprezzata da appassionati di hobbistica e maker per la creazione di parti personalizzate, progetti artistici e soluzioni fai-da-te. In più, la FDM è utilizzata nel settore manifatturiero per la produzione di guide, strutture di fissaggio e componenti di tooling che migliorano l’efficienza della produzione e riducono i costi. Ad avvalersi della FDM spicca anche il settore medico per la realizzazione di protesi, ortesi e modelli anatomici personalizzati utili nella pianificazione chirurgica mentre la risoluzione inferiore non la rende ideale per quelle applicazioni che richiedono un più alto livello di dettaglio.
La stereolitografia (SLA) è stata inventata negli anni ‘80 da Charles Hull, cofondatore di 3D Systems. Il suo funzionamento si basa su un principio fondamentalmente diverso da quello della FDM e impiega un processo noto come fotopolimerizzazione in vasca (vat photopolymerization). Spesso definita stampa 3D a resina, la SLA dirige un laser UV, o un’altra sorgente luminosa, su una vasca di resina liquida, polimerizzando e solidificando selettivamente quest’ultima strato per strato (layer), in base al modello 3D digitale. Con la progressiva polimerizzazione di ciascun strato ( layer), la piattaforma di costruzione si solleva a sua volta in modo incrementale, consentendo allo strato successivo di resina di solidificarsi sopra quello precedente.
La SLA è rinomata inoltre per la sua elevata precisione e la capacità di produrre dettagli intricati e finiture superficiali lisce. Tale peculiarità la rende una scelta ideale per le applicazioni che richiedono dettagli precisi e alta risoluzione. Le resine SLA possono essere formulate chimicamente in modo da presentare un’ampia gamma di proprietà, dalla flessibilità all’estrema resistenza ad elementi e impatti.
Tuttavia, i sistemi stereolitografici e i relativi materiali presentano costi più elevati rispetto a quelli della FDM e lavorare con le resine può risultare complesso dato che spesso sono necessari sistemi hardware appositi per la rimozione e la pulizia delle parti. E le cartucce di resina automatizzate risolvono tale problematica solo fino a un certo punto.
Nel contempo però, la selezione di resine per la stampa 3D SLA è in crescita costante e ne esistono già alcuni più resistenti che imitano le proprietà dei materiali termoplastici.
In gioielleria, la SLA viene utilizzata per creare design altamente dettagliati e sottili, consentendo ai gioiellieri di produrre modelli e “pattern” calcinabili per i processi di cera persa complessi con una precisione d’eccezione. L’industria dentale invece si affida molto a questa tecnologia per la produzione di modelli odontoiatrici personalizzati, allineatori e corone, traendo vantaggio dalla sua capacità di garantire finiture superficiali precise e lisce. In campo medico poi, la SLA è fondamentale per la creazione di modelli anatomici utilizzati nella pianificazione chirurgica e nelle dimostrazioni didattiche, dal momento che consente una rappresentazione chiara e accurata di strutture complesse. La tecnologia viene utilizzata anche nella produzione di apparecchi acustici, dove l’adattamento personalizzato e la precisione sono fondamentali. Nel campo della progettazione e dello sviluppo di prodotti, essa rende possibile la creazione di prototipi altamente dettagliati che imitano fedelmente il prodotto finale, facilitando le iterazioni di progettazione e accelerando il time-to-market.
Nella scelta tra FDM e SLA, è fondamentale comprendere le principali differenze tra queste due tecnologie di stampa 3D in modo da determinare quale sia la più adatta a soddisfare i requisiti specifici del progetto.
Quando il costo non è un dettaglio, la FDM è spesso la scelta preferibile soprattutto per i sistemi più grandi. Sia le stampanti FDM che i materiali utilizzati sono generalmente più convenienti rispetto a quelli SLA. Per questo motivo la FDM è molto accessibile, in particolare per coloro che vogliono creare prototipi funzionali o parti per uso finale senza un investimento finanziario significativo. Il minor costo d’accesso e la versatilità dei materiali contribuiscono alla popolarità della FDM nella prototipazione rapida, dove è auspicabile un’iterazione più veloce ed economica.
La FDM è rinomata per la sua facilità d’uso. La sua semplicità di configurazione la rende infatti adatta a un’ampia gamma di utenti, dai principianti ai professionisti più esperti. Inoltre, la versatilità dei materiali disponibili consente un ampio spettro di applicazioni. Questi materiali possono essere scelti in base alle proprietà meccaniche desiderate, come la flessibilità, la forza o la resistenza al calore.
La SLA, invece, si distingue in quegli ambiti in cui l’alta precisione e i dettagli sono fondamentali, consentendo la realizzazione di parti con una finitura superficiale eccezionale e dettagli intricati che la FDM non può eguagliare. Il livello di dettaglio elevato fa della SLA la tecnologia preferita per le applicazioni che richiedono superfici lisce e geometrie complesse.
In un’ultima analisi, la scelta tra FDM e SLA dovrebbe essere guidata dalle esigenze specifiche di un determinato progetto. Se l’attenzione è rivolta all’efficienza in termini di costi, alla facilità d’uso e alla versatilità dei materiali, la FDM è probabilmente l’opzione migliore, in quanto è adatta a creare parti robuste e funzionali in modo rapido e conveniente. D’altra parte, se il progetto richiede un’elevata precisione, caratteristiche sofisticate e una finitura superficiale di qualità superiore, e si è in grado di sostenere i costi più elevati, la SLA fornirà la qualità e i dettagli necessari per le applicazioni di fascia alta.
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