La stereolitografia è stata la prima tecnica di stampa 3D ad essere stata inventata ed è ancora oggi molto usata per prototipazione e produzione rapida. Vediamone pregi, difetti e applicazioni.
GLI APPROFONDIMENTI DI 01FACTORY – LE TECNOLOGIE PER LA STAMPA 3D
Le tecnologie per la stampa 3D, o additive manufacturing, sono ormai molto numerose. Spaziano da quelle ormai consolidate come la stereolitografia, la FDM e la sinterizzazione laser di metalli e polimeri, fino ad arrivare alle recentissime stampanti binder jetting. 01factory esamina le caratteristiche principali, i punti di forza, le applicazioni e i lati deboli di tutte le tecnologie per prototipazione e produzione rapida.
La stereolitografia è la prima tecnica di prototipazione rapida a essere stata introdotta sul mercato. Nel 1986 l’americano Charles W. Hull brevettò un metodo per creare oggetti solidi da strati successivi solidificati di resina sensibile alla luce ultravioletta, chiamandolo per la prima volta stereolitografia. Il brevetto di Hull descrive un fascio di luce ultravioletta concentrata focalizzata su una superficie di una vasca piena di fotopolimero liquido.
Hull ha successivamente fondato la 3D Systems, che ancora oggi la impiega assieme a stampanti 3D con altri tecnologie. Oggi sono scaduti i brevetti della stereolitografia, per cui sono molti i produttori che l’adottano, anche nella variante DLP, tra i quali Formlabs, Protofab, DWS Systems e Envisiontec, società recentemente acquisita da Desktop Metal.
La stereolitografia si basa sulla polimerizzazione di una resina liquida, ossia da un materiale formato da polimeri epossidici che ha la particolarità di essere termoindurente e non termoplastico.
La polimerizzazione avviene per effetto di un laser UV che, focalizzato sul piano di lavoro mediante sistemi ottici, provvede a costruire il pezzo. La variante DLP invece di un laser impiega proiettori Digital Light Processing come sorgente luminosa.
La stereolitografia consente di produrre pezzi con geometrie complesse e con finiture di superficie migliori rispetto ad altri processi additivi.
Come funziona
Il fascio laser provoca una reazione a catena che solidifica la resina (la cura, come si dice in gergo) agendo su un piano che si abbassa costruendo il pezzo uno strato alla volta, come avviene in ogni processo di stampa additiva.
Una volta usciti dalla stampante i pezzi non sono ancora pronti perché il laser non riesce a solidificare completamente le parti interne dell’oggetto prodotto in macchina. Per completare la polimerizzazione è quindi necessario esporlo a una fonte ultravioletta. Le post-lavorazioni comprendono la rimozione manuale dei supporti di stampa ed altre eventuali finiture, come la verniciatura o la sabbiatura.
I punti di forza e le applicazioni
Gli oggetti prodotti con la stereolitografia, che si contraddistinguono soprattutto per un elevato livello di finitura e per la definizione accurata dei dettagli (grazie a uno spessore degli strati compreso tra 0,025 e 0,5 millimetri) sono adatti per test di verifica e per la presentazione visiva di prototipi.
I prototipi ottenuti sono più delicati rispetto a quelli realizzati con resine industriali e non sono particolarmente adatti per collaudi funzionali. Uno degli impieghi più interessanti della stereolitografia è quello della produzione di master per stampi in silicone. Viene molto usata anche per la realizzazione di prototipi nell’ambito degli oggetti di design e di gioielli, per prove funzionali, per produzioni di serie limitate ed è utile, considerando la sua precisione, per i test di assemblaggio.
I punti deboli
I materiali termoindurenti usati nella stereolitografia, a differenza dei materiali termoplastici impiegati in altre tecnologie, hanno dei limiti che si manifestano soprattutto nel lungo periodo.
Sono sensibili all’umidità e agli ultravioletti, che ne possono alterare le proprietà meccaniche soprattutto se non sono stati sottoposti a post-lavorazioni come la placcatura o la verniciatura. Nel tempo possono ingiallire, deformarsi e diventare fragili.
I materiali
Sono disponibili numerosi materiali per la stereolitografia, con caratteristiche simili al policarbonato (Accura 5530), all’ABS (Accura Black 7820), al silicone (A60), ceramico (Advanced High Temp PerFORM). Per farsi un’idea dei materiali disponibili può essere utile questa tabella per la selezione dei materiali di 3D Systems e questa guida alla scelta dei materiali redatta dal service di stampa 3D Protolabs.
