Ma quando è nata la Stampa 3D?

Ma quando è nata la Stampa 3D? Sembra che sia nata l’altro ieri ma in realtà è una signora di 36 anni.

La stampa 3D ha due date di nascita, la prima è a maggio del 1980 quando il Dr Kodama, in Giappone, presenta la prima domanda di brevetto per la tecnologia additiva. Sfortunatamente per il  Dr Kodama, la specifica completa del brevetto non è stata depositata entro il termine.

brevetto stereolitografiaE il 1984 quando Charles Hull brevetta un sistema che battezza “stereolitografia”. Nel 1986 C. Hull e R. Fried fondano la 3D Systems, leader mondiale della Stampa 3D, ovvero l’azienda che più di tutte  ha acquisito brevetti e aziende e ha il più alto fatturato.

L’anno sucessivo, il 1987, la 3D Systems avvia il B test con alcune aziende interessate alla sperimentazione della stereolitografia.

Quindi la Stampa 3D inizia ad entrare nelle aziende esattamente 30 anni fa. Allora perché la Tecnologia Additiva non è ancora entrata prepotentemente nelle aziende ma esistono ancora molte realtà che la guardano con diffidenza? Esiste ancora molta disinformazione e dai non addetti ai lavori viene vista spesso come una cosa da “ragazzetti” o da scienziati della ESA. Perché? Guardando le date che segnano la storia delle Tecnologie Additive (Stampa 3D) ci si accorge che, anche se il primo brevetto è stato depositato 36 anni fa i successivi brevetti sono molto più giovani.

Ad esempio la Sinterizzazione Laser Selettiva (SLS) è stata brevettata da il Dr Carl Deckard e il Dr Joe Beaman del DTM nel 1987. La sinterizzazione laser permette di abbassare il costo della stampa e con l’utilizzo della polvere di nylon caricata ad alluminio o carbonio aumentarne le prestazione meccaniche. Dovremo però aspettare il 1994 prima che EOS tedesca (attualmente l’azienda leader nella produzione di macchine per sinterizzazione) commercializzi un sistema laser di sinterizzazione delle polveri.

Sempre nel 1994 è stata commercializzata la prima stampante con un costo inferiore ai 100.000 dollari. E solo nel 1996 3DSystem e Stratasys introducono le prime stampanti 3D da destinare agli uffici tecnici.

brevetto fdmStratasys? Stratasys è l’altro grande gigante della stampa 3D ed è colei che ha inventato nel 1989, grazie a S. Scott Crump,  l’FDM (Fused Deposition Modelling). Ovvero quel processo che prevede di realizzare un oggetto strato dopo strato tramite un filamento che depositato genera la geometria del pezzo. Stiamo parlando della stampa a filo che la maggior parte delle persone identifica con la Stampa 3D, quella che si compra da Unieuro a 600 euro, per intenderci. Ma andiamo per gradi: dopo aver inventato questa tecnologia 26 anni fa, S. Scott Crump aspetta 3 anni, il 1991, per fondare Stratasys e commercializzare il primo sistema FDM;bisognerà aspettare poi il 2001 perché Startasys introduca i sistemi Titan in grado di produrre parti in ABS, PC-ABS.

Le attuali macchine di produzione additiva per componenti plastici, i Sistemi Fortus 400 MC e Fortus 900 MC, Stratasys le immette nel mercato nel  2007, ovvero appena 9 anni fa. Nel 2011 scadono alcuni brevetti Stratasys e si presentano nel mercato una moltitudine di sistemi di Stampa 3D low cost/personal basati sul progetto Open Source RepRap, quelli da 600 euro per intenderci.

E le macchine a getto di resina multicolore e multi materiale, da quando esistono? Objet Geometrie Ltd, l’azienda che brevetta la prima stampante a getto di inchiostro,  viene fondata 1998; nel 2005 lancia dei materiali simili agli elastomeri; nel 2007 presenta la Connex 500. Nel 2011 si fonde con il gigante Stratasys.

brevetto sls 2E i metalli? Nel 2001 EOS e Concept Laser GmbH presentano e introducono un sistema che tramite sinterizzazione laser di polveri metalliche permette di realizzare particolari in Acciaio Inox.

Nel 2005 Voxeljet Technology presenta VX800 un sistema che permette di realizzare forme per fonderie di metallo, senza ausilio di attrezzature (sand casting). Un’altro modo per parlare di Stampa 3D nella metallurgia.

Nel 2013 3D System viene valutata circa 10 bilioni di dollari. Questo è l’anno del grande entusiasmo per la Stampa 3D, alimentato a mio parere da molta confusione e da una cattiva comunicazione che fa vedere la Stampa 3D come un replicatore di Star Trek. Infatti già nel 2014 la stessa 3D System perde un bilione di dollari.

clip graficoMa già nell’anno successivo, il 2015, abbiamo dei segnali molto interessanti con l’investimento di 100 milioni di dollari di Google sulla nuova tecnologia Clip di Carbon3.

Quest’anno , 2016, sono accadute molte cose tra cui: è uscita la Multi jet Fusion Technology di HP e Autodesk ha investito 35 milioni di dollari in FormLabs.

Perché molte aziende non adottano ancora la Stampa 3D? Perché è una tecnologia molto giovane, che si sviluppa molto velocemente, quindi è difficile per le imprese, sopratutto medie e piccole, fare costanti investimenti per aggiornarsi continuamente.
Astrati nasce proprio con questo scopo: aiutare le aziende ad approcciarsi in maniera semplice e facile alla stampa 3D dandogli supporto per la progettazione e la produzione nella tecnologia additiva più idonea.

Chi usa la stampa 3D e come la usa: i 5 errori più diffusi.

Ragazzini brufolosi e nerds? Scienziati e cervelloni in basi quasi spaziali? Casalinghe 4.0, l’ultima frontiera del découpage? Artigiani digitali? Architetti? Industria 4.0? Chi è l’utente medio della stampa 3D?

Secondo gli esperti come Mike Vasquez di 3Degrees e Rachael Gordon della Idtechex, solo il 13%  degli utilizzatori della stampa 3D sono hobbisty, il 14% del mercato è coperto dall’industria ( in realtà pochi marchi molto diversi tra loro che stanno facendo grandi investimenti), e il 73% è coperto da professionisti.

Un dato: Nei prossimi 3 anni avremo più del 10% dei prodotti su scala mondiale che saranno fabbricati con la stampa 3D.

Molte aziende o professionisti che abbiamo contattato sono interessati a queste nuove tecnologie, si entusiasmano di fronte alle potenzialità e alle libertà che permettono.

Cosa sappiamo: sappiamo che il 72% delle aziende che usa già questa tecnologia non sa come massimizzare al meglio il suo investimento e ne riesce a sfruttare solo per un 60% delle sue reali capacità. Perché?

Perché manca di conoscenza: conoscenza sulle tecnologie e sui vantaggi che queste offrono. Si parla di stampa 3D ma dietro questo nome c’è un mondo di tecnologie diverse: le tecnologie additive. Cerchiamo di vedere quali sono i 5 errori più diffusi e domandiamoci come non cadere in queste trappole.

  1. Il primo errore più diffuso è quello di comprare e utilizzare una tecnologia o un tipo di stampante 3D non adatta a quello che si vorrebbe fare. Ad esempio, se io sono il responsabile dell’ufficio marketing e desidero fare dei prototipi estetici del mio prodotto per farlo vedere ai clienti non posso mettermi in casa una macchina a FDM a bassa risoluzione. Certo potrò avere i filamenti colorati e anche al gusto birra ma i miei oggetti saranno monocolore (o bi-colore se ho un doppio estrusore) e con una definizione superficiale bassa e non dettagliati. Ma questa non è la sola stampa 3D esistente anche se è quella che utilizzano l’88% degli utilizzatori. Esistono almeno 7 grandi famiglie di stampa 3D e alcune di queste possono restituire un’ottima definizione superficiale come la SLA o le tecnologie a getto di inchiostro. Così quando IMG_0270la Posidonia (azienda leader nella produzione delle ancore e nel testaggio catene) ci ha chiesto di creare delle riproduzioni in scala delle sue ancore, la nostra scelta è andata sulla resina trasparente stampata in SLA (con due snodi mobili funzionanti). Le domande che quindi bisogna farsi prima di comprare una stampante 3D sono: “Qual’è il risultato che voglio ottenere? A cosa mi serve?”
  2. Utilizzare dei materiali non idonei. L’altro giorno mi hanno chiamato due clienti che desideravano due pezzi di ricambio per macchine fuori produzione. Il primo pezzo era la ruota dentata che muove il sedile di una vecchia Ferrari. Il secondo pezzo era la bocchetta dell’aria di una vecchia Fiat. Il prezzo di ri-progettazione e di stampa erano uguali quindi quello con la Ferrari ha accettato il preventivo senza battere ciglio e quello della Fiat ci deve pensare… comunque il fatto è che questi due pezzi hanno due caratteristiche che bisogna tenere presente: devono avere una buona resistenza meccanica e devono resistere al calore (pensiamo alla temperatura che raggiunge una macchina posteggiata sotto il sole). Quindi non potevamo stamparle alla stessa maniera delle ancore della Posidonia, dovevamo utilizzare un ABS stampato in FDM. I IMG_0894pezzi erano pochi, 4 per la Ferrari e 2 per la Fiat, quindi abbiamo dovuto escludere la Sinterizzazione laser a letto di polvere che invece stiamo utilizzando per la produzione di griglie e cerniere per un acquario per rane velenose del Madagargar. La domanda che mi devo fare è : “Quali sono i requisiti che devono avere i miei pezzi?”
  3. Chi progetta e/o chi realizza non è informato del cambio di tecnologia. E quindi ci si trova a voler stampare in 3D cose che sono state progettate per la fusione o le macchine a controllo numerico. E questo non va bene, tutto deve essere riprogettato per il nuovo sistema produttivo. Come per esempio il prototipo di endoscopio che abbiamo progettato per Endomed: la stampa 3D in questo caso è stata vincente sia per il ristretto numero di parti (prototipo, piccola serie di 15 pezzi, media serie da 800 pezzi) sia per i canali di insuflazione della CO2 che sono resi possibili dalla nuova tecnologia (difficilmente stampabili in maniera tradizionale). Persino le ancore di Posidonia le abbiamo dovute riprogettare per renderle stampabili. L’azienda ci aveva fornito i disegni di produzione delle parti, noi abbiamo creato un unico modello e aumentato le tolleranze in modo da stampare un unico assieme con parti mobili. (. In questo caso le domande sono: “Quali sono i requisti chiesti dal cliente? é più facile riprogettarlo o assemblarlo? Quanto risparmio di magazzino? O di trasporto?”
  4. Non viene concesso tempo, risorse e spazio alla nuova tecnologia. Uno dei luoghi comuni più frequenti è che la stampante 3D viene presa e messa su una scrivania (lo visto fare da degli architetti: “Ce l’hanno regalata…”) e poi lì abbandonata, si prova ad accendere un paio di volte in qualche momento morto della giornata ma poi il tram tram del lavoro “vero” fa finire la stampante 3d, dopo qualche settimana, sopra qualche armadio a prendere polvere. In poche parole si vorrebbe utilizzare come una stampante 2D ma il suo funzionamento non è così semplice (nonostante quello che dicono le case produttrici di stampanti 3D).  Le domande quindi sono: “Quanto voglio investire o quanto mi conviene esternalizzare? Quanto tempo risparmio facendolo in 3D? Quanto mi costa formare e impegnare una o più persone a fare questo? ”
  5. Non viene contemplata la post lavorazione. E questo crea degli oggetti non finiti, grezzi. Tutte le stampanti utilizzano materiali (dalle resine alle polveri di alluminio, passando per le plastiche) che sporcano, puzzano, abbisognano di carta-vetro o levigatrici, vernici o altro e questo è molto importante se si vogliono avere degli oggetti finiti. Per fare questo bisogna impegnare personale, denaro, spazi e competenze. Le domande quindi sono: “Riesco fin da ora a quantificare e qualificare il lavoro che devo svolgere in stampa 3D? E se sì, riesco a formare e coinvolgere diversi gruppi di lavoro?”

Questi sono i 5 errori  più diffusi e che scoraggiano maggiormente gli utilizzatori della stampa 3D.

Astrati nasce proprio con questo scopo: aiutare le aziende ad approcciarsi in maniera semplice e facile alla stampa 3D dandogli supporto per la progettazione e la produzione nella tecnologia additiva più idonea.

CFCSMmiamo oggi? +LAB brevetta una nuova tecnologia di stampa 3D

Di +Lab ne avevamo già parlato nel post sulla conferenza di Carrara indetta dall’AITA. Al Technology Hub di giugno ho incontrato l’ing. Gabriele Natale, un ragazzo sui venticinque anni, di Lecce, iscritto ad Ingegneria al Politecnico di Milano. Qualche tempo fa, questo ragazzo leccese ha presentato alla professoressa Levi il suo sogno di costruire lo scafo di una nave in tecnologia additiva, ovvero stampandolo direttamente in 3D.

– Si è già fatto! mi direte.

pussy boatCerto, se si pensa alle barca stampata da Jim Smith con 28 mattoncini simili alla lego o alla pussy-boat di Megumi Igarashi stampate in abs con tecnologia fdm, o alla Livrea 26, la figlia del vento, stampata in windform, un materiale composito a base di nylon caricato a carbonio stampato in sinterizzato laser.

Ma la cosa che distingue questi natanti da un natante costruito tradizionalmente è l’assenza di fibra lunga. Ancora più in generale quando si parla di materiali per la stampa 3D si parla sempre ed esclusivamente di materiali a fibra corta: il carbonio non è fibra di carbonio ma polvere di carbonio, il caricato vetro è con polvere di vetro e non con fibra di vetro, il kevlar è polvere di kevlar mescolato a materiali plastici e così via.

Quello che ha cercato e trovato Gabriele Natale insieme ai suoi colleghi di “3D compositi di stampa”, un ramo di + LAB, è una stampante che estrude la fibra lunga per realizzare una barca con una resa e una capacità del tutto similare a una barca costruita tradizionalmente.

La nuova tecnologia recentemente brevettata da +Lab si chiama: CFCSM! Lo so, non ha neanche una vocale e mi vedo i brillanti ingegneri del politecnico che al mattino si prendono il cappuccio:

-Ci CFCSMmiamo oggi?

cfcsm elicaComunque il suo nome completo è ” Continuous Fiber Composite Smart Manufacturing” e unisce la tecnologia FDM (quella a estrusione di filamento) con la Stereolitografia (ovvero la polimeralizzazione della resina attraverso un laser.
In questo processo le fibre lunghe vengono raccolti in bobine, imbevute di resina fotoattiva liquida e convogliate nella testa di un estrusore. L’estrusore possiede una corona di laser che polimerizzano (induriscono) la resina. A questo punto è il filo indurito che si tira a se il restante filo e quindi potremmo dire che il filo non viene estruso ma tirato.

Un’altra innovazione importante della CFCSM è che l’estrusore è montato su un braccio a 9 e più assi superando quindi la concezione del layer a un’unica direzione (elemento di fragilità notevole della tecnologia additiva tradizionale).
Il risultato è un manufatto ad alte prestazioni , in grado di sopportare carichi pesanti senza collassare come si può vedere da questo filmato.

cfcsm barcaL’Ing. Gabliele Natale mi ha portato nel retro dello stand di +LAB e mi ha mostrato l’oggetto che in questo momento gli sta più a cuore: lo scafo di una piccola barchetta lunga 7 cm.

-L’idea è quella di poter costruire l’anima dello scafo in 3D e poi poterla rivestire con i metodi tradizionali. L’estrusore è stato brevettato, ora ci vorranno un paio di anni di sperimentazioni.

Rimettendo via il suo gioiellino accuratamente avvolto nella carta e poi riposto in una borsa.

-Se poi non funziona me ne ritorno a Lecce e apro un baracchino.

IL PLANTOIDE CHE CRESCE GRAZIE ALLA STAMPA 3D

plantoideTechnology hub di giugno, arrivata a Milano mi perdo alla ricerca dell’entrata della metropolitana in stazione Centrale. Mi aggiro tra cunicoli che paiono sotterranei, uniti gli uni agli altri da tapis- rulant, dopo un tempo che mi pare infinito esco finalmente davanti all’uscita della stazione Centrale: l’entrata della metropolitana è lì, dove è sempre stata ma invece dello scalone che unisce i binari all’uscita ho fatto un giro interminabile. Io e  una coppia con i trolley ridiamo increduli: “Deve essere stato fatto per l’expò”, dice il maschio con il trolley. Ci inoltriamo finalmente sotto terra attraverso una normale scala mobile.

Come vi avevo promesso dopo il primo resoconto del Tecnology Hub ecco che nella calura estiva ci occupiamo di una delle sperimentazioni che mi hanno più incuriosito ovvero una ricerca fatta dall’ IIT, istituto italiano di tecnologia, finanziata dalla Comunità Europea, sulla costruzione di robot ispirati alle piante.

Il banco dell’ITT espone un albero il cui tronco e i rami sono stampati in 3D; sopra i rami vi sono dei fiori di plastica traslucida, sotto il tronco, grandi quasi il doppio rispetto a tronco e rami, le radici. Esse affondano in un terreno artificiale fatto di palline bianche contenute in una bacheca, queste radici sono grosse e tozze, quasi dei grossi bacchi, un ragazzo in camicia bianca mi sorride:

– Cos’è?

Chiedo sorridendo.

– Un Plantoide.

Mi risponde lui, fissandomi.

– A cosa serve?

Continuo, cercando una relazione con questo cervellone dell’IIT poco loquace.

– Non si sa, noi lo abbiamo fatto ma ancora non ha un’applicazione pratica specifica, per ora abbiamo fatto le sperimentazioni con questo terreno sintetico, molto più facile da perforare rispetto al terreno reale.

Povero Plantoide, non ho ancora capito cosa fa e come è stato costruito che viene subito plantoide1presentato come inutile e vengono messe in mostra le sue deficienze.

Invece il Plantoide è un robot estremamente interessante, non per niente la Stampa lo salutava come un possibile elemento rivoluzionario per il monitoraggio del suolo; perfino l’ESA si è dimostrata interessata per lo studio dell’ancoraggio della nuova navetta spaziale Rosetta e in campo medico si sono aperti nuove possibilità per lo studio di endoscopi intelligenti.

Ma come funziona?

Il Plantoide si inserisce nel campo della robotica bioispirata, ovvero lo studio della natura per progettare delle macchine che possono adattarsi all’ambiente circostante in maniera autonoma. I principali punti di studio del plantoide sono le radici e le foglie.

Il movimento delle piante è frutto di una lunga ricerca attuata dalla natura che ha perfezionato e reso il più economico possibile ogni passaggio: far crescere una radice è dispendioso in termini energetici e quindi le piante non buttano le loro radici a casaccio nella speranza di trovare qualcosa, esse devono

  • superare degli ostacoli che si pongono sul loro cammino,
  • allontanarsi da quei fattori che potrebbero essere pericolosi
  • avvicinarsi a quelle sostanze come l’acqua e altri agenti nutritivi che invece servono alla pianta nel suo insieme

Caratteristica interessante, lo fanno andando verso il basso, quindi seguendo la gravità.

plantoide2Davanti a me il poco loquace ricercatore mi fa vedere come funziona avvicinando una tavoletta impregnata di qualcosa di allettante per la nostra radice (forse anche solo acqua). Questa si gira e vi si avvicina, la radice cresce grazie alla stampa 3d ovvero ha un estrusore posto in cima alla testa della radice che depone un filamento di plastica termoindurente; per fare le curve l’estrusore (la parte dove esce il filo di plastica molle che poi si indurisce raffreddandosi) torna indietro e poi di nuovo avanti. La radice si autocostruisce layer by layer, strato su strato, lentamente, come lentamente si costruiscono le piante.

Il ricercatore pone ora davanti alla radice un ostacolo e la radice si gira, oltrepassa l’ostacolo e poi riprende a crescere verso il basso.

  • La difficoltà più grande è stato capire come crescono le radici, perché queste si allungano dalla punta, e non dal fondo, permettendo di ottimizzare il processo.
  • E i fiori?
  • Anche i fiori si muovono, cioè si aprono e si chiudono in relazione all’umidità.

Non lo chiedo ma pensare alle foglie come pannelli solari che seguono il sole mi pare una banalità e il mio poco loquace ricercatore mi sorride.

  • Grazie.

Faccio qualche ricerca e scopro che c’è un mondo dietro alla robotica soft, cioè la robotica che non usa scheletri già realizzati ma che se li costruisce.

plantoide3La professoressa Barbara Mazzolai, direttrice del Centro di Micro-Biorobotica dell’IIT di Pontedera, è l’ideatrice e la project manager del programma di ricerca Plantoid. ”La mamma del Plantoide” è una biologa marina e una delle due italiane citata da RoboHub, uno dei siti di riferimento sui robot che ha pubblicato, per il terzo anno consecutivo, la sua lista di “25 donne in robotica che dovete conoscere” (25 Women in robotics you need to know about).

In questo caso la stampa 3D è uno dei tanti elementi che hanno reso possibile la creazione di questo prototipo, è una delle parti che costituiscono questo nuovo filone di ricerca che avrà, mi auguro,  importanti applicazioni anche pratiche.

Qualche sito di approfondimento:

www.plantoid-project.eu

LaRepubblica

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