La stampa 3D è diventata una tecnologia molto più tradizionale, con macchine da stampa disponibili in quasi tutte le fasce di prezzo. La maggior parte delle persone che desiderano una stampante 3D possono probabilmente trovare un modello che possono permettersi. Nonostante ciò, la stampa 3D è ancora così nuova che poche persone sanno come funziona. 

Ecco perché ora è il momento giusto per rispondere alla domanda “ Come^(How) funziona la stampa 3D?”. Ci sono ottime possibilità che alla fine dovrai usarne uno!

Stampa 3D additiva e sottrattiva^{(Additive vs Subtractive 3D Printing)}

Esistono due grandi categorie di stampa 3D. Le stampanti 3D che puoi acquistare da solo sono quasi tutte macchine “additive”. In altre parole, costruiscono oggetti 3D aggiungendo materiale (di solito a strati) fino a quando l'oggetto non è completo. Le stampanti 3D a cui le persone pensano quando sentono che "stampante 3D" è quasi sempre della varietà additiva.

La stampa 3D sottrattiva è molto diversa. Qui inizi con una quantità fissa di materiale e poi rimuovi il materiale finché non rimane solo l'oggetto finito. Uno scultore che fa una statua di marmo usa un metodo sottrattivo. Le macchine sottrattive si trovano solitamente in grandi officine e ambienti industriali. I sistemi di fresatura CNC^(CNC) (controllo numerico computerizzato) sono probabilmente l'esempio più noto.

D'ora in poi ci concentreremo solo sulle macchine additive, poiché sono rilevanti per il consumatore medio. Sappi solo che le macchine sottrattive appartengono alla stessa famiglia estesa di stampanti 3D di quella che potresti mettere su una scrivania.

Modellazione a deposizione fusa, stereolitografia e sinterizzazione laser selettiva^{(Fused Deposition Modelling, Stereolithography and Selective Laser Sintering)}

I tre metodi principali di stampa 3D additiva sono FDM (modellazione a deposizione fusa), stereolitografia ( SLA ) e sinterizzazione laser selettiva ( SLS ).

La stampante FDM da Vinci^{(The da Vinci FDM Printer)(The da Vinci FDM Printer)}

FDM è il sistema di livello consumer più comune. Con questi tipi di stampanti un filamento di materiale viene fatto passare attraverso una testina di stampa calda. La testina di stampa è posizionata con precisione nello spazio 3D e deposita uno strato di materiale secondo esatte istruzioni programmate. Esistono diversi approcci all'FDM^(FDM) , ma ci arriveremo tra poco.

La stampante Nobel SLA^{(The Nobel SLA Printer) (The Nobel SLA Printer )}

La stereolitografia^{(Stereolithography)} è molto meno comune nei sistemi di consumo. Queste stampanti utilizzano i laser per polimerizzare una resina liquida in un materiale plastico solido. Solitamente, l'oggetto viene “estratto” da una vasca di resina, formandosi strato dopo strato man mano che si solleva dal materiale. Negli ultimi anni le stampanti SLA sono diventate più compatte e convenienti. Quindi è una vera alternativa alle stampanti FDM , a seconda del tipo di modello finale su cui ti accontenti.

^(Selective)La sinterizzazione laser selettiva ( SLS ) utilizza un potente laser per fondere una polvere polimerica. La polvere vera e propria funge da struttura di supporto per la stampa, quindi questo tipo di stampa non necessita di ponteggi speciali. SLS non è un tipo di FDM che troverai sul desktop. Per ora è ancora una tecnologia industriale.

Stampanti robot cartesiane e delta^{(Cartesian & Delta Robot Printers)}

Una stampante robot Delta^{(A Delta Robot Printer)(A Delta Robot Printer)}

Il tipo più comune di stampante FDM è la stampante 3D cartesiana. Il nome si riferisce alle coordinate cartesiane. Queste sono le coordinate XYZ che tutti abbiamo imparato a scuola. ^(XYZ)La testina di stampa può essere spostata su qualsiasi coordinata XYZ all'interno dello spazio del volume di stampa. La matematica è semplice, le stampanti sono abbastanza convenienti e la qualità di stampa è precisa. 

Tuttavia, a seconda di quanto siano granulari le coordinate XYZ, le superfici curve potrebbero non essere lisce come potrebbero essere, richiedendo un lavoro di finitura manuale.

Le stampanti robotizzate Delta^(Delta) adottano un approccio diverso. La testina di stampa è montata su tre bracci che scorrono su tre binari. Variando l'altezza di ciascun braccio, la testina di stampa può oscillare. Questo design consente alla testina di stampa di oscillare in curve reali e consente anche di stampare oggetti alti all'interno del volume di stampa.

Fondamentalmente, più lunghi sono i binari, più alto può essere il modello. Invece delle coordinate XYZ, le stampanti robotizzate delta utilizzano la trigonometria per calcolare la posizione della testina di stampa. Il risultato finale è che non possono raggiungere la stessa risoluzione di stampa delle stampanti cartesiane.

Per capire davvero il concetto del robot delta, devi vederlo in azione. Dai un'occhiata a questo video di Johann Rocholl e otterrai rapidamente il concetto.

Notare^(Notice) l'articolazione sui bracci e la libertà di movimento della testina di stampa.

Materiali per stampanti 3D^{(3D Printer Materials)}

Le stampanti 3D utilizzano una varietà di materiali, ma ci sono due materie plastiche che sono di gran lunga le più comuni nelle applicazioni di livello consumer: ABS e PLA .

L' ABS^(ABS) ( Acrilonitrile Butadiene Stirene^{(Acrylonitrile Butadiene Styrene)} ) è esattamente la stessa plastica di cui sono fatti i mattoncini LEGO . Questa plastica è soggetta a deformazioni durante il raffreddamento e necessita di una stampante con un piano di stampa riscaldato. È abbastanza resistente agli urti, ma non particolarmente forte. È adatto per realizzare prototipi e anche parti finali non portanti.

Il PLA^(PLA) ( acido polilattico^{(Polylactic Acid)} ) ha un basso punto di fusione, non si deforma molto, è facile da lavorare e ha meno stampe fallite. È anche troppo fragile per qualsiasi uso pratico, ma è eccezionale per creare modelli lisci e dettagliati che devono essere solo guardati.

La buona notizia è che la maggior parte delle stampanti 3D consumer funzionerà con entrambi questi materiali poco costosi. Quindi puoi cambiarli secondo le tue esigenze.

Il filamento di nylon^(Nylon) è un'altra opzione e ci sono anche stampanti che utilizzano legno o metallo come materiale. Le stampanti di nuova generazione possono anche gestire più di un filamento alla volta, consentendo stampe con materiali misti o multicolori.

Il tipico processo di stampa 3D^{(The Typical 3D Printing Process)}

Se non hai mai realizzato una stampa 3D da solo, probabilmente sei curioso di sapere come funziona effettivamente dal punto di vista dell'utente. Sebbene l'utilizzo di una stampante 3D non sia facile come eliminare le stampe 2D su una stampante laser o a getto d'inchiostro, non è così difficile come potresti pensare.

Dopo aver impostato la stampante secondo il manuale, con calibrazione e livellamento eseguiti correttamente, è necessario prima un modello da stampare.

Puoi creare il tuo modello, usando qualcosa come Zbrush o AutoCAD^{( Zbrush or AutoCAD)} , ma è probabile che la maggior parte delle persone scarichi un modello da un sito online. La prima tappa dovrebbe essere sicuramente Thingiverse , che è probabilmente la raccolta più famosa di modelli inviati dagli utenti. Tuttavia, ci sono molte alternative^{(alternatives)} .

Dopo aver ottenuto un modello in un formato compatibile, lo aprirai nel software fornito con la tua stampante. Sembrano e funzionano tutti in modo diverso, ma il concetto di base è lo stesso. Potresti anche voler trattare prima un modello 3D con Meshmixer , che assicura che un modello 3D sia solido e adatto alla stampa.

Nel software della stampante 3D, sceglierai le dimensioni e la qualità del modello e il software lo convertirà in "fette" che rappresentano ogni livello di stampa. Calcolerà anche il "ponteggio" che deve essere stampato per supportare il modello mentre viene realizzato. Questa roba può essere interrotta quando la stampa è terminata.

Con tutto quel lavoro di preparazione alle spalle, la stampa può iniziare. A seconda delle impostazioni di qualità, potresti dover aspettare a lungo! Le stampe di alta qualità variano da poche ore a pochi giorni. Per fortuna^(Thankfully) , alcune stampanti 3D ti consentono di monitorare lo stato di avanzamento della stampa da remoto tramite un'app.

Una volta completata la stampa, la rimuoverai dal letto e poi la libererai dall'impalcatura. In molti casi dovrai rifinire il modello utilizzando carta vetrata e appositi utensili da taglio per eliminare le imperfezioni. Alcune persone dipingono persino i loro modelli! L'unico vero limite è la tua creatività.

Se non vedi l'ora di acquistare una stampante 3D, queste sono le nostre migliori scelte^{(best picks)} e se hai un budget limitato, queste sono opzioni più tascabili.

HDG Explains : How Does 3D Printing Work?

3D printing has become а much more mainstream technology, with printing machines availаble at just about eνery price рoint. Most people who want a 3D printеr сan probably find a mоdel they can afford. Desрite this, 3D printing is still so new that few people know how it wоrks. 

This is why now is a good time to answer the question “How does 3D printing work?”. There’s a very good chance you’ll have to use one eventually!

Additive vs Subtractive 3D Printing

There are two broad categories of 3D printing. The 3D printers that you can buy yourself are almost all “additive” machines. In other words, they build 3D objects by adding material (usually in layers) until the object is complete. The 3D printers people think of when they hear “3D printer” is almost always of the additive variety.

Subtractive 3D printing is very different. Here you start with a fixed amount of material and then remove material until only the finished object is left. A sculptor making a statue out of marble is using a subtractive method. Subtractive machines are usually found in large workshops and industrial settings. CNC milling (computer numerical control) systems are probably the best-known example.

We’ll only be concentrating on additive machines from here on out, since they’re relevant to the average consumer. Just know that subtractive machines belong to the same extended family of 3D printers as the one you might put on a desk.

Fused Deposition Modelling, Stereolithography and Selective Laser Sintering

The three main methods of additive 3D printing are FDM (fused deposition modelling), stereolithography (SLA) and selective laser sintering (SLS).

The da Vinci FDM Printer

FDM is the most common consumer-grade system. With these types of printers a filament of material is passed through a hot print head. The print head is precisely positioned in 3D-space and deposits a layer of material according to exact programmed instructions. There are different approaches to FDM, but we’ll get to that in a moment.

The Nobel SLA Printer 

Stereolithography is much less common in consumer systems. These printers use lasers to cure a liquid resin into a solid plastic material. Usually, the object is “pulled” from a vat of resin, forming layer by layer as it rises from the material. In recent years SLA printers have become more compact and affordable. So it’s a real alternative to FDM printers, depending on what type of final model you settle on.

Selective laser sintering (SLS) uses a powerful laser to fuse a polymer powder. The actual powder acts as a support structure for the print, so this type of printing doesn’t need special scaffolding. SLS is not a type of FDM you’ll find on the desktop. It’s still an industrial technology for now.

Cartesian & Delta Robot Printers

A Delta Robot Printer

The most common type of FDM printer is the cartesian 3D printer. The name refers to cartesian coordinates. That’s the XYZ coordinates we all learned in school. The print head can be moved to any XYZ coordinate within the print volume space. The math is simple, the printers are pretty affordable and print quality is precise. 

However, depending on how granular the XYZ coordinates are, curved surfaces might not be as smooth as they could be, requiring some manual finishing work.

Delta robot printers take a different approach. The print head is mounted to three arms that run on three rails. By varying the height of each arm, the print head can swing. This design allows for the print head to swing in true curves and also allows for tall objects to be printed within the print volume.

Basically, the longer the rails are, the taller the model can be. Rather than XYZ coordinates, delta robot printers use trigonometry to calculate print head position. The end result is that they can’t reach quite the same print resolution as cartesian printers.

To really understand the delta robot concept, you need to see it in action. Have a look at this video by Johann Rocholl and you’ll quickly get the concept.

Notice the articulation on the arms and how freely and smoothly the print head can move.

3D Printer Materials

3D printers use a variety of materials, but there are two plastics that are by far the most common in consumer-grade applications: ABS and PLA.

ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) is exactly the same plastic that LEGO bricks are made of. This plastic is susceptible to warping when cooling down and needs a printer with a heated print bed. It’s quite impact resistant, but not particularly strong. It’s suitable for making prototype parts and even final parts that aren’t load-bearing.

PLA (Polylactic Acid) has a low melting point, doesn’t warp much, is easy to work with and has fewer failed prints. It’s also far too brittle for any practical use, but it is brilliant for creating smooth, detailed models that are only meant to be looked at.

The good news is that most consumer 3D printers will work with both of these inexpensive materials. So you can change them out as your needs require.

Nylon filament is another option and there are even printers that use wood or metal as a material. Next-generation printers can also handle more than one filament at a time, allowing for mixed material or multi-color prints.

The Typical 3D Printing Process

If you’ve never made a 3D print yourself, you’re probably curious about how it actually works from a user perspective. While using a 3D printer isn’t as easy as knocking out 2D prints on a laser or inkjet printer, it’s not nearly as difficult as you might think.

After setting up the printer according to the manual, with calibration and levelling done correctly, you first need a model to print.

You can make your own model, using something like Zbrush or AutoCAD, but most people are likely to download a model from an online site. The first stop should definitely be Thingiverse, which is quite possibly the most famous collection of user-submitted models. However, there are many alternatives.

After getting a model in a compatible format, you’ll open it up in the software that came with your printer. They all look and work differently, but the basic concept is the same. You may also want to first treat a 3D model with Meshmixer, which ensures that a 3D model is solid and suitable for printing.

In the 3D printer software, you’ll pick the size and quality of the model and the software will convert it into “slices” representing each print layer. It will also calculate the “scaffolding” that has to be printed to support the model while it’s being made. This stuff can be broken off when the print is done.

With all that prep work behind you, the print can begin. Depending on the quality settings, you might be in for a long wait! High quality prints vary from a few hours to a few days. Thankfully, some 3D printers let you monitor the progress of your print remotely via an app.

Once the print is done, you’ll remove it from the bed and then break it free of the scaffolding. In many cases you’ll have to finish the model using sandpaper and special cutting tools to remove imperfections. Some people even paint their models! The only real limit is your creativity.

If you’re itching to buy a 3D printer, these are our best picks and if you’re on a budget, these are more pocket friendly options.

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