La stampa 3D è una tecnologia con la quale potremmo cambiare alcune logiche di mercato: ci permette per esempio di aumentare il grado di personalizzazione degli oggetti stampati aumentandone così l'efficienza, incentivare la manutenzione e la riparazione degli oggetti diminuendo la percentuale di scarto dei materiali (e il conseguente inquinamento) derivato dalla completa sostituzione dei prodotti (in tempi relativamente brevi). Assieme all'evoluzione delle stampanti 3D vi è una costante evoluzione dei materiali utilizzati grazie a svariati progetti di ricerca e sviluppo tesi a fornire innovazione e risoluzioni ad alcune problematiche odierne: in ambito ambientale e sociale (stampa 3D per la diminuzione dei materiali di scarto, il riutilizzo e il riciclo degli stessi scarti, la sostituzione di materiali difficilmente o immoralmente reperibili e la promozione della manutenzione), in ambito artistico, sociale ed estetico (stampa di pezzi di ricambio per la ristrutturazione dei monumenti, per la culinaria e la pasticceria).
La stampa 3D, nata come tecnologia rivoluzionaria negli anni ‘80 avente lo scopo di facilitare e ridurre tempistiche e costi legati ai processi di prototipazione, rappresenta una delle tecnologie in grado di indirizzare la società verso un'economia circolare, in quanto ha stimolato la nascita di nuovi modi di pensare: permette per esempio di ridurre la quantità di materiale di scarto durante la produzione, ma anche di riutilizzare lo stesso materiale per altre produzioni, nonché favorisce l’utilizzo di rifiuti (plastiche, metalli, ecc.) per la stampa di nuovi progetti. La stampa 3D inoltre favorisce una maggiore personalizzazione; adattare l'oggetto alle esigenze individuali ne può aumentare l'efficienza. Inoltre, la realizzazione di dispositivi modulari e la possibilità di progettare e stampare rapidamente pezzi di ricambio permette una manutenzione dell’oggetto più accurata, anziché la sua totale sostituzione, riducendo la produzione di potenziale scarto alla fonte. Uno dei problemi primari delle società odierne è l’alta percentuale di scarto dovuta a un consumo frenetico; la stampa dei pezzi di ricambio on demand potrebbe contrastare questa tendenza stampando componenti personalizzabili e più facilmente riparabili. In termini di mercato, invece, la manifattura additiva è in grado di incentivare le produzioni locali (deglobalizzazione del mercato), riducendo l'impatto negativo e i costi legati alla logistica e al trasporto. La stampa 3D rappresenta una tecnologia dal grande potenziale, con la quale sarà forse possibile abilitare l'autoproduzione, diminuire lo scarto e incentivare la personalizzazione al fine di allungare i cicli di vita dei prodotti e ottimizzare le loro funzionalità. Contemporaneamente abilita la produzione industriale su ampia scala. Oltre a questi aspetti, la stampa 3D ha dato il via a una stimolante ricerca che sonda nuovi materiali organici e biodegradabili, sperimenta con i materiali di scarto e offre numerose soluzioni, dai polimeri ai metalli, dalla gomma al legno e al fango.
- I polimeri rappresentano una categoria variegata, essendo essi di diverso tipo e caratterizzati da proprietà piuttosto diverse tra loro. Si suddividono principalmente tra polimeri termoplastici e polimeri termoindurenti e vengono impiegati in svariati ambiti dal medicale al meccanico. Possono assumere diverse forme, dal filamento alla resina liquida o sotto forma di polvere. I polimeri termoplastici possono essere lavorati più volte senza che le sue proprietà cambino (PLA, ABS, Nylon, ecc.). I termoindurenti invece passano dallo stato liquido a quello solido attraverso l'esposizione alla luce o l’uso di un catalizzatore (appartengono all'insieme tutte le resine impiegate dalle stampanti DLP, CDLP, SLS, ecc.)
- I materiali metallici invece includono una serie piuttosto ampia (leghe di nichel, cromo-cobalto, alluminio, titanio, acciaio, ecc.) e sono disponibili sotto forma di polvere.
- Si possono inoltre impiegare materiali ceramici e ibridi (resine contenenti ceramica in polvere oppure filamenti termoplastici contenenti polveri di metallo o marmo o legno).
LA RICERCA DI MATERIALI INNOVATIVI
Nel futuro prossimo, tecnologia, manifattura e scienza dei materiali seguiteranno a collaborare al fine di creare nuove opportunità. La manifattura additiva può essere impiegata in diversi ambiti e i materiali indagati sono e saranno molteplici. Il campo è vastissimo e i progetti numerosi: bioplastica, sale, cioccolato, argilla, vetro e persino le ceneri dei defunti. La ricerca di materiali ibridi porterà a nuove generazioni di applicazioni, di seguito alcuni esempi di progetti innovativi:
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- Il fine di EOS (Entrepreneurial Operating System) è quello di fornire il materiale per i processi di manifattura additiva. Lavora inoltre per ridurre le emissioni dei processi produttivi e seleziona materiali innovativi promuovendo il riciclo e la transizione verso un sistema maggiormente in linea con l’ecosistema in cui è inserito. EOS e ALM (Advanced Laser Materials, una compagnia EOS), hanno ottenuto nei loro laboratori di ricerca il poliammide 11, un materiale in polvere (PA 820-MF CN). Il processo di produzione del PA11 inizia dai semi di ricino (pianta facilmente reperibile in alcune regioni indiane, dove nasce spontanea nelle zone marginali ai campi), dai quali si ottiene un olio che viene poi processato da Arkema (un’azienda che si occupa dello sviluppo e produzione di materiali innovativi) ottenendo prima un monomero da cui sviluppare in seguito il polimero in polvere. Tale materiale è stato riconosciuto a livello globale per le sue ottime qualità: durezza, resistenza, leggerezza e grande versatilità di lavorazione. Si tratta di polveri a base biologica ideate appositamente per durare a lungo; non sono biodegradabili ma l'elevata durata garantisce un lungo ciclo di vita senza alcun rischio di decomposizione.
- WASP, società di stampa 3D (periferia di Bologna) presenta TECLA, progetto che consiste nella costruzione di un habitat sostenibile. Utilizzando argilla e materiali riciclabili locali il progetto tende a sondare metodologie di costruzione maggiormente accettabili nel rispetto dell'ecosistema.
- Emerging Objects (progetto creativo realizzato e gestito da due architetti statunitensi) ha utilizzato diversi materiali con lo scopo di creare oggetti altamente innovativi: Mud Frontiers Project per la realizzazione di capanne a base di fango ispirate alle abitazioni delle popolazioni native delle regioni del fiume Rio Grande; Saltygloo, la torre GEOtube e svariate case stampate interamente con il sale (raccolto nella baia di San Francisco dov'è molto abbondante) e altri progetti con legno recuperato, argilla e sale per la costruzione di strutture di arredo.
- Digory è un innovativo materiale ideato dai ricercatori dell'Università di Vienna in collaborazione con l'azienda Cubicure. Nato per sostituire l'avorio, consiste in una resina sintetica contenente polvere di ossido di silicio e particelle di fosfato di calcio. Un materiale molto utile nelle fasi di restauro di vecchi edifici e opere d'arte. Rappresenta inoltre un'alternativa a quel modo di pensare obsoleto che giustifica qualsiasi metodo di ottenimento dei materiali, anche quelli più immorali (bracconaggio in questo caso).
- Diversi laboratori hanno sviluppato speciali stampanti in grado di lavorare con i filamenti di vetro. I ricercatori del MIT per esempio hanno presentato la macchina G3DP2, in grado di lavorare 5 kg di vetro ogni ora; la startup Glassomer ha invece presentato un particolare materiale, composto da polvere di vetro e legante plastico, utilizzabile con le stampanti SLA.
- Si possono utilizzare le ceneri dei propri cari per stampare oggetti da conservare in loro memoria. Algordanza, un'impresa svizzera che produce "gioielli della memoria", stampa diamanti sintetici ottenuti partendo dalle ceneri dei defunti. Narbona, azienda spagnola, anch'essa operante nel settore funerario, propone l'uso delle ceneri per l'ottenimento di filamenti con il quale stampare qualsiasi oggetto si voglia; naturalmente, si tratta di oggetti ad uso commemorativo, oggetti preziosi e dal valore emotivo; sull'argomento molti punti di vista divergenti. Qui intendiamo solo sottolineare la grande varietà di materiali utilizzati per la stampa 3D.
- La stampa di dolci e cioccolato. Si possono ottenere grandi risultati con le stampanti 3D sviluppate per creare delle vere e proprie opere d'arte da mangiare. La stampa 3D del cioccolato segue un processo analogo a quello della tecnologia FDM (Fused Deposition Modeling) con fasi di raffreddamento più lunghe di quelle necessarie alla plastica. Non solo cioccolato, è possibile stampare anche con lo zucchero. Per citare un esempio, Sugar Lab, azienda acquisita dalla 3D Systems e rifondata nel 2020 come impresa dolciaria, utilizza la Brill 3D Culinary Studio (inizialmente nata sotto il nome ChefJet Pro) per la stampa di decorazioni e caramelle dalle forme più variegate e complesse.
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