Stampante 3D – L’immaginazione prende forma

L’apparenza può ingannare, ma “l’innovativa” stampante 3D ha compiuto ormai 30 anni, percorrendo una lunga strada: prima passando dallo stato embrionale alla fine degli anni ’80 a quello adolescenziale nella prima decade degli anni 2000, in cui nonostante le evoluzioni la stampante 3D è rimasta confinata al business to business, in cui solo grandi aziende con budget importanti vi avevano accesso a causa del costo elevato; poi giungendo alla fase di maturità a patire dal 2009, quando il mercato delle stampanti 3D si espande oltre agli unici player fino a quel momento attivi (3D System e Stratasys) e detentori di una serie di brevetti, che una volta scaduti, segnano l’entrata nel mercato di decine di piccole aziende (grazie alla caduta dei prezzi di produzione) interessate a servire una fetta di mercato fino a quel momento dimenticata, quella dell’end user.

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Credit: Gereports.com

Inizialmente la stampante 3D veniva utilizzata esclusivamente per la cosiddetta “prototipazione rapida“, ovvero tracciare le fasi di sviluppo di un prodotto che veniva poi realizzato con le tecnologie tradizionali (ad es. la stampa di un modellino di auto, realizzata in seguito con i processi di produzione conosciuti); successivamente si è passati a un utilizzo più radicale e rivoluzionario, la “produzione rapida”, in cui la stampante 3D produce oggetti finiti, non più solo prototipi. Infatti grazie a prezzi sempre più contenuti ed allo svilupparsi di progetti open source che supportano l’adozione di queste tecnologie, il mondo delle stampanti 3D si è allargato a macchia d’olio con innovazioni sempre più rapide volte ad incrementare la precisione di produzione degli oggetti da una parte e ridurre i tempi di produzione dell’altra, arrivando a rappresentare oggi una vera alternativa al sistema produttivo tradizionale, una sorta di terza rivoluzione industriale.

La stampa 3D permette di creare dei modelli solidi, degli oggetti veri e propri, partendo da un progetto digitale. Così come una normale stampante a getto d’inchiostro crea dei documenti o delle immagini depositando del materiale, cioè l’inchiostro, su un foglio di carta, una stampante 3D usa il “processo additivo” che consiste nel depositare un materiale di consumo su un ripiano, sovrapponendo più strati fino a creare l’oggetto (si tratta di un processo inverso a quello che solitamente viene usato nella produzione industriale classica, dove l’oggetto viene creato togliendo materiale da grossi blocchi);
i materiali più comunemente addottati nella stampa sono l’ABS, una plastica molto dura e resistente (es. i mattoncini dei Lego) e il PLA, un materiale derivato da piante come il mais, più elastico ma meno resistente dell’ABS, ma si stanno sperimentando molti altri materiali, tra cui metalli (anche preziosi), composti argillosi per costruire case ed alimenti per stampare cibi.
Come già accennato, fondamentale per utilizzare la stampa 3D è il progetto digitale dell’oggetto che si intende stampare, un progetto tridimensionale, che può essere scaricato da Internet o creato tramite un software CAD di progettazione 3D.

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Credit: Blender.org

La società di consulenza Gartner ha effettuato un’analisi fornendo qualche numero sull’evoluzione della stampa 3D: quasi il 75% di tutte le più grandi industrie manifatturiere ed anche il 59% di quelle di piccole dimensioni hanno utilizzato in qualche modo la stampa 3D; il numero di posti di lavoro che richiedono competenze di 3D printing è aumentato del 1,834% in 4 anni; attualmente il giro d’affari complessivo tocca i 5,1 miliardi di dollari, ma entro il 2018 si prevede sfonderà quota 17 miliardi a livello globale.
La stampa 3D può essere ed viene usata praticamente in tutti i settori, di cui 5 registrano l’utilizzo più intensivo: automotive (17,3%), aerospaziale (12,3%), macchinari industriali (18,5%), prodotti di consumo (18%) e prodotti medicali/dentali (13,7%). Nel settore aerospaziale Airbus ha stampato in 3D oltre 1.000 componenti per il loro jet A350, mentre gli ingegneri della NASA utilizzano la stampa 3D per realizzare un veicolo di prossima generazione in grado di supportare l’esplorazione umana in altri mondi, ad esempio asteroidi ed, eventualmente, Marte.

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Credit: Digitaltrends.com

Nel settore automotive la Local Motors, azienda statunitense, ha realizzato un auto stampata interamente in 3D: chiamata “Strati”, questa è stata realizzata in fibra di carbonio e composta da 49 pezzi (un auto normale ne possiede tra 5mila e 6mila), funziona ad energia elettrica e può viaggiare a una velocità massima di 65 chilometri orari; la durata della realizzazione del veicolo è stata di 44 ore, ma il tempo di fabbricazione dovrebbe ridursi, in quanto l’azienda si aspetta di produrre una Strati in meno di 10 ore.

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Credit: Digitaltrends.com

Ma non solo. Anche l’edilizia sarà un settore che beneficerà di questa tecnologia. Uno studio di architetti di Beijing ha costruito in 45 giorni una villa su due piani completamente stampata in 3D, e come se non bastasse capace di resistere ad un terremoto di magnitudo 8.0.

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Credit: Chocedge.com

Sebbene non l’applicazione più importante dal punto di vista scientifico, ma sicuramente originale e divertente, è l’utilizzo della stampa 3D per stampare cibo. La Nasa sostiene un progetto di sinterizzazione del cibo, in collaborazione con un’azienda produttrice di stampanti 3D: l’obiettivo dell’agenzia spaziale americana è di fornire ai suoi astronauti una maggiore varietà di alimenti durante le missioni, e il sintetizzatore nella sua ultima evoluzione potrebbe rendere possibile la stampa di una pizza o di altri piatti. Per stampare il cibo a richiesta l’oggetto futuristico si servirà di varie componenti di cibo in cartucce di polvere da mescolare come si farebbe per la realizzazione di un piatto normale. Ad oggi la stampa 3D viene già impiegata con il cioccolato, e ha mostrato di poter funzionare anche con altri tipi di ingredienti.

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Credit: Focus.it

Ancora più sorprendente è il vasto utilizzo della stampa 3D in campo medicale, come la riproduzione del modello anatomico di una radiografia per migliorarne la leggibilità e facilitare la simulazione degli interventi, oppure la stampa di protesi artificiali, o addirittura la stampa di tessuti “vivi”.
Infatti dopo anni di ricerca il Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (USA) ha prodotto la prima stampante 3D biologica: si chiama ITOP (Integrated Tissue and Organ Printing System) e può creare “tessuti vivi” di ogni tipo che, per il momento, possono essere trapiantati negli animali, ma l’obiettivo finale è quello di utilizzarla nelle operazioni di chirurgia sugli umani, in particolare per la creazione di organi per il trapianto.

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Credit: Injektwholesale.com

In quest’epoca i consumatori sono diventati molto più “competenti”, vogliono molto dall’estetica di un oggetto ed hanno grandi aspettative di personalizzazione. In tale contesto la stampa 3D spalanca ampi scenari di applicazione nei settori del design, del fashion, dell’elettronica di consumo e nella creazione dei più svariati tipi di oggettistica. Questo grazie anche alla recente possibilità di stampare con diversi materiali simultaneamente, attraverso dispositivi come la stampante 3D MultiFab sviluppata presso il MIT, la quale può stampare fino a dieci materiali diversi per volta, unitamente al software Foundry, in grado di importare elementi progettati con i programmi CAD tradizionali e successivamente assegnare alle diverse parti dell’oggetto materiali e proprietà specifici. Tra gli obiettivi del MIT vi erano creare un alternativa più abbordabile economicamente (costa circa 7 mila dollari, mentre le altre sul mercato si attestano sui 250 mila dollari) e più user friendly, per permettere anche ai non esperti di programmazione CAD di utilizzarla; a prova di questo durante una dimostrazione pubblica è stato chiesto a tre persone che non erano del mestiere di costruire degli oggetti con diversi materiali, così da poter testare l’effettiva semplicità di utilizzo del software, e ciascuno di loro ha costruito un osso artificiale, una ruota con pneumatico integrato e un orsacchiotto di peluche rispettivamente in 56, 48 e 26 minuti.

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Credit: Iaacblog.com

In parte gli obiettivi del MIT si ricollegano all’immagine futuristica, tanto “impensabile” quanto negli anni ’30 una televisione presente in ogni casa, di un domani in cui ognuno avrà una stampante 3D e nella comodità di casa propria potrà stampare ciò che vorrà, come lo vorrà.
Questa visione è di profonda ispirazione per i makers, un sostantivo anglosassone che indica un gruppo di persone che mettono la loro inventiva al servizio della realizzazione di un prodotto con un budget limitato.
In America, i makers sono diventati un vero e proprio fenomeno sociale tanto che ci sono fiere di interesse nazionale dedicate a loro; ed è grazie anche alla loro intraprendenza, creatività, competenza e interesse nella condivisione e nell’arricchimento reciproco, sono apparsi in tutto il mondo i Fab Lab.
Un fab lab è in sintesi un laboratorio, dotato di macchinari quali stampanti 3D, taglierine laser, fresatrici a controllo numerico ecc., che viene messo a disposizione di chi voglia realizzare un prodotto o confrontarsi con un team di professionisti per inventare, costruire, riparare, o creare un prototipo. In un fab lab è possibile intervenire su vecchi oggetti per aggiustarli, ma anche per migliorarli o aggiungere funzionalità, oltre naturalmente a crearne dei nuovi. La parola fab lab, viene da “fabrication laboratory”, ma “fab” sottolinea anche la componente favolosa di questi spazi nei quali si possono creare prodotti “magici” e originali.
In un fab lab, ad esempio, possono incontrarsi un designer con un’idea straordinaria per un prodotto interattivo ma incapace di realizzare concretamente l’interazione, e un esperto di elettronica con un’incredibile manualità, ma non bravo nella fase di progettazione “estetica” di un prodotto.

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Credit: 3dprintingindustry.com

A riprova del fatto che la tecnologia sembra non conoscere limiti, si sta già indagando sull’evoluzione della stampa 3D, ovvero il 4D printing.
Si tratta di un recente sviluppo ancora allo stato embrionale, ma degno di attenzione e dai potenziali risvolti a dir poco stupefacenti. Il concetto alla base della stampa 4D è lo stesso della stampa 3D, ma questi si differenziano per il fatto che la prima utilizza speciali materiali e design digitali, in modo che ciò che viene stampato in 3D è in grado di cambiare forma; affinché questo avvenga è necessario uno stimolo che attivi la trasformazione, per esempio l’esposizione a fonti di calore, acqua, luce od energia elettrica.
Attualmente i protagonisti di questo sviluppo sono il Self-Assembly Lab del MIT, il produttore di stampanti 3D Stratasys e la compagnia di software 3D Autodesk; in particolare presso il MIT dal 2014 il professor Skylab Tibbits, che ha introdotto il termine 4D printing durante la sua partecipazione ad un TED talk, sta sviluppando il tema, prevedendo le possibili future applicazioni, come la creazione di abiti che cambiano la composizione in base al clima o di scarpe che modificano la propria conformazione in base alle attività che si stanno compiendo.
L’unico limite che rimane è la nostra immaginazione.

Alice Querzoli

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