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Alla scoperta della reale differenza tra la stampa 3D amatoriale e quella professionale

150 €uro VS 7.000 €uro

Questa guida intende confrontare le stampanti 3D rivolte agli hobbisti con quelle dedicate ai professionisti, definendo le rispettive differenze tecnologiche e aiutando a capire quali siano gli ambiti applicativi più adatti a cui sono destinate.

LA STAMPA 3D TRA UTOPIA E INDUSTRIA

Da frontiera futuristica a popolare strumento professionale, abilitatore della quarta rivoluzione industriale; passando da opzione di lusso per utilizzatori d’avanguardia e da hobby intrigante per “smanettoni” tecnologici: la stampa 3D, dalla sua prima comparsa a fine degli anni ’80 ad oggi, ha percorso un viaggio tumultuoso di sdoganamento (ed oggi ormai di ampia diffusione) sempre in bilico tra promessa utopica e innovazione dirompente.

Originariamente concepite come macchine  di  prototipazione rapida connesse alla contemporanea diffusione dei programmi di progettazione tridimensionale,  le prime stampanti 3D apparivano quasi esclusivamente nei dipartimenti di sviluppo prodotto delle grandi compagnie o nei centri ricerca delle università: le competenze tecniche necessarie per l’uso (la conoscenza del CAD 3D era ancora rara negli anni ’90) insieme agli elevati costi di acquisto e gestione dei sistemi li rendevano insostenibili per aziende medio-piccole, ancor meno per singoli professionisti o utilizzatori privati.

A seguito dei progressi della tecnologia e della liberalizzazione di alcuni brevetti, nei primi anni 2000 le stampanti 3D hanno beneficiato di prezzi macchina molto più accessibili e di risorse open source, così  hanno iniziato a dilagare un po’ dappertutto. E’ in quel periodo che intorno  ai fablab ed ad altri spazi aperti di costruzione collaborativa si è diffusa in tutto il mondo una appassionata cultura makers, legata alla pratica e all’ideologia di “democratizzazione” della produzione: si annunciava l’imminente sbarco di una stampante 3D in ogni casa, immaginando che la stampa 3D sarebbe diventata addirittura uno strumento di liberazione della società dalle sue contraddizioni o comunque che avrebbe in qualche modo cambiato il mondo; in realtà quando     è effettivamente scoppiata la bolla delle stampanti 3D “popolari”, oltre una quindicina d’anni dopo il previsto, gran parte degli utilizzatori non era andato  al di là della realizzazione di modellini estetici, di marginali accessori fai-da-te per la casa e di gadget  o simpatiche statuette da tavolo.

E’ solo negli ultimissimi anni che le aziende hanno iniziato a vedere la stampa 3D con altra prospettiva: come opportunità di business basata sull’efficienza dei processi e sul valore aggiunto dei prodotti. Così, mentre alcuni produttori di stampanti 3D si sono concentrati sulla riduzione del prezzo macchina per aumentare la competitività della propria offerta, altri produttori hanno puntato sullo sviluppo di nuovi materiali e di nuove funzionalità sistemiche per abilitare effettivamente le stampanti 3D ad applicazioni industriali. Ecco perché il mercato è bipolare: da una parte ci sono le stampanti 3D hobbistiche, dall’altra quelle ingegneristiche.

Oggi le stampanti 3D amatoriali si comprano con 150 euro mentre quelle professionali a partire da 7.000 euro: con le prime si possono stampare gadget approssimativi, con le seconde parti raffinatissime in materiali plastici compositi di nylon e carbonio talmente resistenti da poter sostituire i metalli come l’alluminio. D’altronde i protagonisti dei vari settori hanno iniziato a familiarizzare con la manifattura additiva, capendo che con una stampante 3D amatoriale non si può andare molto lontano…

I 3 ELEMENTI FONDAMENTALI DELLA STAMPA 3D

Data l’evoluzione delle tecnologie di manifattura additiva e la varietà di produttori e macchine disponibili, per confrontare i sistemi alternativi bisogna districarsi in una giungla di marchi, modelli, acronimi e  sinonimi; così il paragone – non sempre oggettivamente omogeneo ed esposto ad interpretazioni soggettive – diventa ancora più complesso. Eppure qualsiasi stampante 3D funziona sostanzialmente con lo stesso processo: la progettazione digitale (prima) e la costruzione materiale (dopo) di oggetti realizzati per accrescimento verticale, strato dopo strato; quindi, possiamo semplificare la ricerca suddividendo la stampanti 3D in tre aree fondamentali:

  1. Software Il software di stampa 3D, noto anche come slicer, alimenta   la stampante svolgendo quattro funzioni chiave nella stampa 3D: importare il progetto CAD tridimensionale, trasformarlo in un file stampabile, inviare questa versione alla stampante e gestirla durante tutta l’attività di costruzione del relativo oggetto.
  2. Hardware La macchina vera e propria è un dispositivo costituito    da componenti e processori; per l’effettiva riuscita, qualità ed affidabilità della prestazioni tutte le parti devono essere adeguate, coerenti, assemblate e garantite con competenza.
  3. Materiali – La scelta di materiali di costruzione dell’oggetto stampato in 3D si è ampliata moltissimo nel corso del tempo. Anche per questo elemento ci sono differenze sostanziali .

Ciascuna di queste aree può essere analizzata singolarmente ma le modifiche ad una possono avere effetti sulle altre; così quello che conta per valutare la qualità di una stampante 3D alla fine è la coerenza e reciproca ottimizzazione di tutte e tre nel loro complesso. Nel  confrontare le stampanti 3D hobbistiche e professionali, torneremo su questi aspetti. Infatti negli scambi di opinioni che avvengono quotidianamente sui forum dedicati, gli utenti bilanciano spesso gli aggiornamenti del software, dell’hardware e la scelta dei materiali per migliorare le prestazioni. Per esempio questo: “La vibrazione non è solo un problema di hardware ma di combinazione hardware/software: deriva sia dai comandi di movimento sia dalla struttura meccanica della stampante. Pertanto i problemi possono essere risolti modificando il software, l’hardware o entrambi.”

STAMPANTI 3D DOMESTICHE: LA”LUNA DI MIELE”

Le stampanti 3D entry-level sono entrate in una era entusiasmante per i consumatori  che  intendono  usarle  come  passatempo:  nel  2021  sul  mercato  ci  sono macchine  da  $  1.000  con  funzionalità   comparabili   a quelle da $ 50.000 di un decennio fa; per non parlare della prima stampante  stereolitografica  (tecnologia  SLA)  della fine degli anni ’80, che costava l’equivalente di $ 650.000 e  che oggi si può acquistare a partire da un centesimo di quel prezzo.  Con  una  macchina   di   estrusione   (tecnologia   FFF) per hobbisti l’utilizzatore potrebbe illudersi di avere infinite opzioni di scelta tra filamenti, software e hardware compatibili; in realtà una stampante 3D domestica è ottima per stampare oggetti come Benchies o Baby Yodas, molto meno per stampare parti di qualità professionale/industriale. Le stampanti 3D non sono banali da usare in modo corretto quindi ci si può ritrovare a fare 2 o 3 tentativi prima di riuscire in quello giusto; per alcuni è proprio l’ottenere finalmente una stampa adeguata in sé stesso l’obiettivo dell’attività (mentre per altri questa l’incertezza è insostenibile), motivo per cui queste stampanti sono perfette per le applicazioni amatoriali: gli hobbisti cercano un modo per occupare il tempo, al contrario dei professionisti che cercano di risparmiarlo; ano per parti di qualità professionale o industriale. a casa o nel circolo ricreativo passare il tempo con la stampante 3D è lo scopo, sul posto di lavoro uno spreco di tempo e denaro.

FOCUS STAMPANTI 3D DOMESTICHE:

>CREALITY “Ender 3”. Diamo uno sguardo più da vicino alla Ender 3, una popolare stampante 3D a basso costo. Il prezzo è meno di $ 200, è pubblicizzata come facile da montare e utilizzare: “il regalo perfetto per far nascere un amore duraturo per l’ingegneria e la comprensione di macchinari e robotica “, è la scritta sul sito web rivolta a studenti ma anche ad adulti. La convenienza è senza dubbio il principale vantaggio di Ender 3, considerando la sua qualità rispettabile, volume e il design compatto.

Software

Con la Ender3 si può scegliere di utilizzare le principali suite gratuite o a pagamento disponibili sul mercato (Cura, PrusaSlicer, Simplify3D). La maggior parte di esse offre molte più opzioni operative di quante l’utente medio realisticamente possa usare, comporta una curva di apprendimento impegnativa ed ogni volta una serie di tentativi/errori per il buon utilizzo di nuovi materiali. I set di calibrazioni variano a seconda del marchio e modello di stampante, quindi  stampare la stessa parte su macchine differenti comporta trovare ogni volta differenti settaggi. In caso di implementazioni o aggiornamenti è possibile dover ricalibrare il sistema, così le impostazioni che hanno ieri potrebbero non produrre gli  stessi  risultati  oggi; stesso  discorso  ogni volta che si  applica  un  componente hardware compatibile o – nel corso del tempo – a causa della loro usura. I programmi slicer gratuiti disponibili oggi sono ormai potenzialmente adatti  a  pianificare  un  lavoro  proprio come nelle intenzioni, ma ciò significa che per ottenere ottenere   buone   stampe   di   fatto    ci    vuole    un impegno   non    indifferente    di   programmazione;  e questo potrebbe non bastare ad assicurare all’utente che si ottengano i risultati desiderati.

Hardware

Come la maggior parte dei prodotti nella stessa fascia di prezzo, la Ender3 non ha carrozzeria ed è  realizzata  perlopiù in alluminio estruso. Una grande comunità di utenti modifica le proprie stampanti, con molto lavoro di evoluzione; ne deriva che la macchina non sia ideale per la  la stampa 3D in altri materiali diversi dal PLA.

Materiali

Il PLA è il più comune in uso sulla Ender3, molto anche il PETG. Gli utenti cercano spesso nuovi materiali perché  quelli che usano abitualmente cambiano di prezzo o diventano indisponibili per problemi dei fornitori lungo la  loro catena di approvvigionamento. D’altronde la disponibilità del materiale non è garantita né la sua qualità, che può variare molto da lotto a lotto.

All’inizio, imparando a disistricarsi nelle impostazioni di stampa, si trascorre molto tempo a leggere i post sui forum di appassionati per cercare di avere notizie e suggerimenti sulla calibrazione dei nuovi consumabili così come a fare prove su prove di stampa. È normale: fa parte dell’hobby.

ALTRE STAMPANTI 3D DOMESTICHE:

>PHROZEN     Sonic    mini.    “Opzione   ideale non solo per principianti per la sua facilità d’uso ma    anche         per         professionisti       grazie    ad   una qualità      di stampa      raffinata.         Il     fatto           che         la stampante sia agevolmente gestibile la rende una delle migliori  stampanti sul  mercato ” si legge su 3DPRINTERLY.

>PRUSA i3 Mk3S Ha scritto ANIWAA: “è in grado di fornire stampe di qualità costante e PrusaSlicer fa un ottimo lavoro di preparazione dei file. Abbinata al filamento proprietario Prusament  costituisce una  eccellente  opzione per ottenere risultati di alto livello”.

LIMITI DELLE STAMPANTI 3D DOMESTICHE:

Creare un oggetto fisico dal nulla è una meraviglia senza tempo; ed anzi gli hobbisti proprio attratti da questa passione si ritrovano coinvolti nella sfida  di  progetti  nuovi,  di prototipi sempre più complessi, in produttività sempre maggiori. Ma anche  le  migliori stampanti 3D domestiche hanno dei limiti… ALL3D segnala un basso caricamento del filamento ed un approssimativo livellamento del piano di lavoro della Ender3, e problemi di affidabilità a lungo andare della i3 Mk3S; 3DPRINTERLY di brazione e rumore dal PHROZEN Sonic Mini.

Per quanto avanzate possano apparire, le stampanti 3D consumer rimangono  limitate nelle possibili applicazioni e mancano della raffinatezza tipica di quelle industriali. Sembra ovvio eppure è un equivoco che per alcuni bisogna chiarire: le macchine consumer semplicemente non sono progettate per avere funzionalità e capacità da produzione industriale; e gli utenti sono costretti ad accettare limitazioni  alle  proprietà  dei materiali, alla qualità  di  stampa  e  all’affidabilità del sistema come compromessi necessari di un prezzo basso. Le stampanti 3D amatoriali richiedono molto lavoro di preparazione della macchina e del progetto: se non si ha in mente una esigenza specifica da risolvere con la stampa 3D (e si ha il gusto di passare il tempo ad armeggiare con le impostazioni e a risolvere problemi ricorrenti) una macchina per principianti può andar bene; altrimenti una stampante professionale come MARKFORGED Mark Two, già ottimizzata nelle impostazioni e predisposta per risolvere gli eventuali problemi, non sarà ideale  per  imparare ma per  lavorare  senza  preoccupazioni certamente si.

ALL3DP : “Ci sono una serie di caratteristiche che la rendono uno dei prodotti in commercio più popolari: volume di costruzione da 220x220x250 mm, tavola di lavoro riscaldata, modalità di risparmio energetico e un percorso stretto di estrusione che rende più facile stampare i materiali flessibili, tutte caratteristiche rare in stampanti persino più costose… Anche riguardo le prestazioni ha superato le

aspettative iniziali. Abbiamo provato PLA, PETG, ABS, filamenti morbidi ed esotici; anche se ci sono stati alcuni problemi di adesione e deformazione con l’ABS e difficoltà con i filamenti di legno, alla fine siamo riusciti a stampare con successo con tutti i materiali”.

TECHRADAR: “E’ semplicemente un dispositivo straordinario. Fa stampe 3D di qualità in modo economico, come non era pensabile prima. La curva di apprendimento per il buon uso è ancora ripida, ma qè un’ottima base da cui

partire per avventurarsi nella stampa 3D.”

GIOCARE IL GIOCO DELLA MANIFATTURA ADDITIVA, NON GIOCARE.

Nel gergo comune Stampa 3D è usato come sinonimo di Manifattura additiva, ma tra gli addetti ai lavori i due termini sono nettamente diversi: la seconda è l’applicazione industriale della prima, utile per generare risparmi tempo/costo nella produzione e aggiungere valore ai prodotti raccogliendo le sfide competitive poste dal mercato; e quindi richiede  una precisione, ripetibilità, affidabilità e resistenza non richiesta dagli hobbisti.

E’ un settore ingegneristico tra i più dinamici a livello globale. Grazie a questa soluzione potente, gli oggetti possono essere ripensati nella forma (conformati, personalizzati, ottimizzati) e nei processi (flusso di lavoro digitale, produzione su richiesta e in prossimità). Poiché le condizioni di approvvigionamento delle materie, dei componenti e della manodopera sono in continuo mutamento, le aziende hanno bisogno di approcci più agili e strumenti più versatili per non essere superate; maggiore flessibilità e  minor  costo  del lavoro diventano fattori strategici. Ad esempio, il produttore automotive DUNLOP SYSTEMS ha convertito il vecchio processo  di ricambio in outsourcing di utensili da fornitori esterni – costoso e difficile da gestire – con  la stampa 3D in proprio dei suoi strumenti in fibra di carbonio, riducendo di quasi il 50%  i costi di reparto e andando a sostituire man mano sempre più applicazioni. La stampante 3D preferita da Dunlop Systems è la MARKFORGED modello “Mark Two”, una stampante 3D professionale capace di rinforzare con fibra di carbonio a deposizione continua  ed avere  parti in materiali compositi più resistenti dell’alluminio.

FOCUS STAMPANTI 3D PROFESSIONALI:

>MARKFORGED “Mark Two” consente a progettisti e ingegneri di praticare il metal-replacement di attrezzi, tooling e componenti ad un frazione del costo. Usa come materiale di costruzione il nylon o il nylon caricato carbonio in possibile combinazione con ulteriore fibra di rinforzo (di carbonio, kevlar o vetro) a deposizione continua,  che rende i pezzi fino a 26 volte più resistenti  dei materiali standard come PLA o ABS; include un software unico nella stampa 3D industriale, gratuito e sempre aggiornato, intuitivo e capace di ottimizzare i files e renderli immediatamente pronti per la stampa. ALL3D ha definito la Mark Two un magnifico pezzo di ingegneria tutt’intorno: “A volte la stampa 3D tradizionale fallisce; ed è qui che entra in gioco la Mark Two.   In più crea parti in plastica resistenti come il metallo”. Analizziamola lungo i 3 fondamenti:

Software

Mark Two funziona con il software basato sul browser “Eiger”, che si propone come la sola piattaforma connessa per la produzione additiva sul mercato. Il sistema è concepito per semplificare l’esperienza dell’utilizzatore dal design alla stampa nel modo più diretto ed efficace possibile. E’ progettato per la scalabilità prevedendo la gestione di più macchine e utenti in linea, la libreria delle parti importate, il monitoraggio in tempo reale e molte altre funzioni. E’ rigorosamente e costantemente testato: non incoraggia a smanettare, a differenza dei software per hobbisti; il suo lavoro è: preparare, gestire, stampare, controllare e nel caso scalare. Punto.

“Finalmente vediamo aziende impegnate nella manifattura additiva a ciclo completo, implementando con il nuovo metodo intere strutture produttive  ” (ADDITIVE MANUFACTURING MEDIA)

Hardware

Una carrozzeria in corpo unico di alluminio e componenti lavorati con precisione rendono la Mark Two una stampante 3D di livello industriale, precisa e affidabile per migliaia di  ore di stampa. È realizzata pensando alla facilità d’uso, inclusi comsumabili facilmente accessibili e piano  di  stampa intercambiabile (di dimensioni 320x132x152 mm). Rimane una stampante compatta desktop nonostante sia a tutti gli efftti uno strumento di produzione industriale

Materiali

Ma è sulla scelta dei materiali che la Mark Two fa centro, perché è pansata per stampare tecnopolimeri, resistenti e stabili nel tempo, da utilizzare come alternative ai componenti in metallo. MARKFORGED ha un processo brevettato (CFF) per il rinforzo dei materiali base con fibra a deposizione continua; tutt’altro che polimeri hobbistici o surrogati di  industriali di bassa qualità, adatti semmai  per  modelli  estetici   non   certo   per pezzi  da  produzione  di  uso  intermedio   o   finale.   Il  PLA, ad esempio, è un materiale fragile che  si  degrada  con il calore, capace a stento di resistere all’interno dell’abitacolo di un’auto in estate figurarsi  alle sollecitazioni da fabbrica.

La fibra di CARBONIO invece ha un alto rapporto resistenza/peso che la rende ideale per parti stampate in 3D leggere e resistentissime, rigide e dimensionalmente stabili; analogamente con il Kevlar, il vetro o il vetro HighTemp per ottenere parti che si fa fatica a credere che siano state prodotte su una stampante 3D desktop e non  su un centro di lavorazione; la Mark Two stampa tutto questo oltre al nylon (resistente al calore, all’usura e agli urti) e al famoso “Onyx”, il nylon caricato con carbonio a fibra corta, per parti resistenti e con una finitura  superficiale impeccabile. Così la manifattura additiva in composito può essere usata in sostitiuzione delle parti in plastica tradizionali per alloggiamenti, supporti, prototipi funzionali, posaggi, attrezzature ed altre applicazioni. DEXTER HADDINGTON DYNAMICS usa l’Onyx nei bracci robotici a 7 o più assi che fornisce a NASA, GOOGLE X, TOSHIBA e altri clienti top; risparmiando il 58% sui costi.

Prestazione

MARKFORGED progetta stampanti 3D con un concetto di profonda interazione e reciproca ottimizzazione tra software, hardware e  materiali; tutti e tre questi aspetti all’unisono servono  ad  ottenere  migliori prestazioni della stampante, che uniti ad un supporto superiore fanno la differenza. Per questo ingegneri, designer  e produttori di tutto   il mondo si affidano ai sistemi di questo marchio  per  stampare  in  metalli e compositi pezzi a valore aggiunto destinati a utensili, fissaggi, prototipi funzionali ed altri componenti da uso finale. I modelli della gamma desktop sono progettati per stampare 3D in fibra di carbonio, affrontando i limiti delle stampanti 3D apparentemente dello stesso segmento e risolvendoli sostanzialmente in tre modi:

= materiali perché utilizza consumabili avanzati esclusivi, per ottenere precisioni dimensionali, raffinatezza superficiale e resistenza 10 volte superiori rispetto quelle raggiungibili dal concorrente più vicino;

= hardware perché è stato progettato tenendo a mente la precisione,  la facilità d’uso e l’affidabilità nel tempo;

= software perché è basato su un’infrastruttura cloud, istantaneamente aggiornata, scalabile ed intuitiva.

Mark Two è la soluzione per le aziende che cercano di  entrare  nel  settore della produzione additiva. Questa stampante 3D offre l’opportunità di fare un investimento significativo in una macchina professionale a un prezzo accessibile e posizionata in prima linea nella produzione additiva industriale.

€150 VS € 7.000: IL VERDETTO FINALE  

In breve si potrebbe dire: se vuoi essere tu a risolvere i problemi della macchna prendine una amatoriale,  altrimenti  se  vuoi  che  sia  la  stampante 3D a risolvere i tuoi problemi comprane una professionale.

Le   stampanti    3D    hobbystiche    puntano    solo    al    risparmio;    mentre le opportunità industriali della manifattura additiva continuano  a crescere  e la  tecnologia delle  stampanti  3D  come  la  Mark   Two   con   esse, trovando soluzioni sempre migliori ai problemi posti dalla competizione.

“In sostanza apri un browser, carichi i tuoi file STL e da quel momento in poi tutto il lavoro impegnativo lo svolge Markforged: EIGER suggerisce le  impostazioni di stampa in base alla geometria, i rapporti di riempimento o le possibilità di supporto con materiale aggiuntivo; neint’altro da calibrare, modificare o correggere  come si fa con la maggior parte delle altre stampanti. Piace la semplicità di interfaccia, le opzioni di uso già  ottimizzate e il fatto che tutto il resto è bloccato” (ALL3DP)