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La stampa 3D, argomento ampiamente trattato nei nostri articoli precedenti si riferisce al processo di creazione di un oggetto fisico da un modello digitale tridimensionale e può essere impiegata per la realizzazione di prototipi e parti finite.
La stampa 3D e l’evoluzione al 4D
La stampa 3D nasce più 30 anni fa, quando nel 1986 Chuck Hull pubblicò il brevetto per la tecnologia 3D SLA (stereolitografia).
Prima di lui, però, nel 1980, il Dr. Kodama sviluppò una tecnica di prototipazione rapida, diventando il primo a descrivere un approccio strato per strato per la produzione, creando un antenato della SLA: una resina fotosensibile fu polimerizzata da una luce UV. Il Dr. Kodama, però, non depositò il brevetto nei tempi necessari.
Quattro anni dopo, una squadra francese di ingegneri era interessata dalla stereolitografia, ma abbandonò la ricerca ritenendo che non ci fossero abbastanza prospettive di business.
La stampa 3D di Hull
Hull definisce la stampa 3D come “Un sistema per generare oggetti tridimensionali basato sulla creazione di un modello trasversale dell’oggetto da costituire, sulla superficie di un medium fluido capace di alterare il suo stato fisico, [..] per cui un oggetto è creato da una superficie sostanzialmente planare del medium fluido durante il processo di formazione.”
Nei 30 anni di esistenza, le tecnologie 3D hanno subito importanti aggiornamenti. La stampa 3D, essendo un settore in continua evoluzione, sta facendo posto a nuove tecnologie e nuovi materiali di stampa. Con lo sviluppo di tale sistema, la stampa 3D è diventata sempre più accessibile, facendosi strada nelle imprese e integrandosi nei loro processi produttivi tradizionali.
La stampa 4D
La tecnologia 3D ha aperto poi le porte alla stampa 4D.
La stampa 4D è una tecnologia che, attraverso materiali speciali e design sofisticati, può cambiare la sua fin contatto con l’acqua, il calore, il vento ed altre forme di energia.
Questa tecnologia è parte del progetto del MIT Self-assembly Lab. Lo scopo di questo progetto è quello di combinare tecnologia e design per inventare tecnologie di auto assemblaggio e materiali programmabili che mirano a reinventare la costruzione, la produzione, l’assemblaggio del prodotto e le prestazioni.
La differenza tra 3D e 4D
La stampa 4D si riferisce alla stampa 3D che si trasforma nel tempo. Quindi, viene aggiunta una quarta dimensione: il tempo. La novità della tecnologia 4D Printing è la sua capacità di cambiare forma nel tempo.
Un oggetto creato in 4D viene stampato come qualsiasi forma realizzata con la tecnologia 3D. La differenza sta nel fatto che la stampa 4D utilizza materiali programmabili e avanzati che offrono funzionalità diverse in contatto con l’acqua calda, la luce o il calore. Un oggetto in 4D può cambiare la sua forma e il suo comportamento nel tempo.
La stampa 5D
La grande novità però, è la Stampa 5D.
Circa due anni fa, i primi rumors sulla stampa 5D hanno iniziato a circolare nelle università americane, ma una società aveva effettivamente implementato parzialmente questa nuova tecnologia, la Mitsubishi Electric Research Labs (MERL).
William Yerazunis, Ph.D. Principal Research scienziato di questo laboratorio ha spiegato: “Una stampante 5D non stampa gli oggetti dall’alto ma da cinque assi. Ecco perché parliamo di 5D.”
Come funziona la stampa 5D
La testina di stampa si muove da 5 diverse angolazioni durante la stampa, poiché anche il piano su cui viene stampato l’oggetto si muove. Questi movimenti consentono alla testa della stampante di entrare da diversi angoli, altrimenti non raggiunti con la stampa 3D. I nuovi angoli consentono alla testina di stampa di seguire il percorso della forma e del contorno dell’oggetto.
Non dovendo seguire un percorso rettilineo su un piatto statico, e utilizzando invece la forma dell’oggetto, le parti stampate possono essere create con strati curvi anziché piani. Questi strati curvi consentono parti più resistenti anche con design maggiormente complessi da stampare.
I benefici della stampa 5D
Con la stampa 5D, i livelli curvi impediscono la creazione di punti deboli.
Normalmente, la stampa 3D crea oggetti in livelli orizzontali, e questi livelli possono talvolta creare punti deboli. Un altro importante vantaggio di questa nuova tecnologia è che utilizza il 25% di materiale in meno rispetto alla stampa 3D.
L’applicazione della stampa 5D
La natura della stampa 5D è una combinazione di tecniche sottrattive e additive. Le applicazioni principali della stampa 5D sono strutture e progetti complessi che richiedono molta resistenza.
Quest’anno, al CES Las Vegas, una squadra proveniente dall’India ha vinto il Premio per l’innovazione, nel settore della stampa 3D, con una macchina 5D.
La stampante Ethereal Halo 5D esegue ciò che è noto anche come lavorazione a 5 assi. Il processo è in uso da anni ed è utilizzato nella fresatura di computer a controllo numerico (CNC), ma deve ancora essere tradotto con successo in una macchina che possa stampare e tagliare lo stesso oggetto.
A differenza delle normali stampanti 3D, Halo presenta 5 assi anziché 3. La macchina può ruotare gli oggetti che sta stampando, consentendo la realizzazione di progetti complessi che richiederebbero un meccanismo di sospensione aggiuntivo nelle stampanti 3D.
La stampante è anche in grado di tagliare metalli morbidi e altri materiali, che potrebbero rivelarsi utili durante la creazione di oggetti come gioielli e parti di automobili.
Questo metodo consente la stampa di forme e strutture complesse. Grazie alla capacità di ruotare e posizionare con precisione l’oggetto questa macchina 5D non ha bisogno di strutture e può stampare direttamente nell’aria.
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