La produzione additiva, o stampa 3D, è il processo di trasformazione di disegni digitali in oggetti tridimensionali. È un modo conveniente e conveniente per realizzare prototipi e prodotti finiti, rendendolo popolare tra aziende, hobbisti e inventori.
Una delle tecnologie utilizzate dalle stampanti 3D di oggi è chiamata Selective laser sintering (SLS). Durante l’SLS, minuscole particelle di plastica, ceramica o vetro vengono fuse insieme dal calore di un laser ad alta potenza per formare un oggetto solido e tridimensionale.
Il processo SLS è stato sviluppato e brevettato nel 1980 da Carl Deckard — allora studente universitario presso l’Università del Texas — e il suo professore di ingegneria meccanica, Joe Beaman.
Deckard e Beaman sono stati coinvolti nella fondazione di una delle prime startup di stampa 3D, Desk Top Manufacturing (DTM) Corp., nel 1989. Nel 2001, DTM è stato venduto a 3D Systems, una società che aveva precedentemente sviluppato il proprio, anche se molto diverso, metodo di stampa 3D noto come stereolitografia.
Come funziona: SLS
Mentre Deckard e Beaman brevettarono il processo di sinterizzazione laser selettiva, non furono i primi ad utilizzare la sinterizzazione — il processo di creazione di oggetti da polveri usando la diffusione atomica — per creare un oggetto tridimensionale. La sinterizzazione è stata utilizzata per migliaia di anni per creare oggetti di uso quotidiano come mattoni, porcellana e gioielli.
Come tutti i metodi di stampa 3D, un oggetto stampato con una macchina SLS inizia come file CAD (Computer-Aided Design). I file CAD vengono convertiti in .Formato STL, che può essere compreso da un apparato di stampa 3D.
Gli oggetti stampati con SLS sono realizzati con materiali in polvere, più comunemente plastica, come il nylon, che vengono dispersi in uno strato sottile sulla parte superiore della piattaforma di costruzione all’interno di una macchina SLS.
Un laser, controllato da un computer che gli dice quale oggetto “stampare”, pulsa sulla piattaforma, tracciando una sezione trasversale dell’oggetto sulla polvere.
Il laser riscalda la polvere appena sotto il suo punto di ebollizione (sinterizzazione) o sopra il suo punto di ebollizione (fusione), che fonde le particelle nella polvere insieme in una forma solida.
Una volta formato lo strato iniziale, la piattaforma della macchina SLS scende — di solito di meno di 0,1 mm — esponendo un nuovo strato di polvere affinché il laser possa tracciare e fondere insieme. Questo processo continua ancora e ancora fino a quando l’intero oggetto è stato stampato.
Quando l’oggetto è completamente formato, viene lasciato raffreddare nella macchina prima di essere rimosso.
A differenza di altri metodi di stampa 3D, SLS richiede pochissimi strumenti aggiuntivi una volta stampato un oggetto, il che significa che gli oggetti di solito non devono essere levigati o altrimenti modificati una volta usciti dalla macchina SLS.
SLS non richiede l’uso di supporti aggiuntivi per tenere insieme un oggetto mentre viene stampato. Tali supporti sono spesso necessari con altri metodi di stampa 3D, come la stereolitografia o la modellazione a deposizione fusa, rendendo questi metodi più dispendiosi in termini di tempo rispetto a SLS.
Ciò che viene realizzato
Le macchine SLS possono stampare oggetti in una varietà di materiali, come plastica, vetro, ceramica e persino metallo (che è un processo correlato noto come sinterizzazione laser diretta del metallo). Questo lo rende un processo popolare per la creazione di prototipi e prodotti finali.
SLS si è rivelata particolarmente utile per le industrie che necessitano solo di una piccola quantità di oggetti stampati con materiali di alta qualità. Un esempio di questo è l’industria aerospaziale, in cui SLS viene utilizzato per costruire prototipi per parti di aerei.
Poiché gli aerei sono costruiti in piccole quantità e rimangono in servizio per molti anni, non è conveniente per le aziende produrre stampi fisici per parti di aerei. Questi stampi sarebbero troppo costosi da realizzare e dovrebbero quindi essere conservati per lunghi periodi di tempo senza essere danneggiati o corrosi.
Utilizzando SLS, le aziende possono creare prototipi che vengono memorizzati digitalmente come .File STL, che possono riprogettare o ristampare secondo necessità.
Poiché le macchine SLS possono stampare in una gamma di materiali di alta qualità, dalla plastica flessibile alla ceramica alimentare, SLS è anche un metodo popolare per la stampa 3D di prodotti personalizzati, come apparecchi acustici, fermi dentali e protesi.
E poiché gli oggetti stampati con SLS non si basano su stampi o richiedono utensili aggiuntivi, questo metodo di produzione è utile anche per chiunque desideri stampare un oggetto altamente complesso o particolarmente delicato.
Aziende che utilizzano SLS
3D Systems Inc. è la società più spesso associata alla stampa SLS negli Stati Uniti. L’azienda stampa parti build-to-order per i clienti, ma vende anche le sue macchine SLS per l’uso nel business e nella produzione.
Ci sono anche molte aziende negli Stati Uniti che utilizzano macchine SLS per fornire ai propri clienti prototipi e parti finite di alta qualità.
SLS a casa
Mentre ci sono molte stampanti desktop 3D sul mercato, la maggior parte di queste stampanti utilizzano un metodo di stampa verso il basso come fused Deposition modeling (FDM), non SLS.
Poiché SLS richiede l’uso di laser ad alta potenza, è spesso più costoso (e potenzialmente più pericoloso) per l’uso a casa. Tuttavia, ci sono diversi inventori intrepidi là fuori che stanno lavorando sulle proprie versioni di stampanti SLS desktop.
Andreas Bastian, studente di ingegneria allo Swarthmore College, ha recentemente sviluppato una stampante SLS a basso costo che crea oggetti in cera e carbonio.
E la stampante Focus SLS è un’altra macchina SLS “fatta in casa” che potrebbe portare questa tecnologia nelle case dei consumatori. Le istruzioni per costruire la propria stampante Focus SLS sono disponibili su Thingiverse.
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