La stampa 3D: una soluzione per fabbricare oggetti da casa

In un futuro non molto distante, ci si può aspettare che la tecnologia additiva - che oltre alla stampa 3D, include numerose tipologie di manifattura realizzata a partire da modelli computerizzati - inizierà ad assumere una rilevanza sempre maggiore e non soltanto in ambito industriale. Ottenere oggetti tridimensionali e solidi tramite l’utilizzo di una stampante potrebbe entrare a far parte della quotidianità di molte persone, negli anni a venire. Per un giovanissimo studente della provincia di Bergamo, ciò è già accaduto. Alessandro Marinoni, di soli 13 anni, nei mesi più critici della pandemia è stato in grado di fornire un aiuto concreto alle persone colpite dal virus. In che modo? Grazie alla passione per la tecnologia ed una mente vivace, il ragazzo ha utilizzato la propria stampante tridimensionale - un regalo di compleanno dei suoi genitori - per creare valvole sanitarie usa e getta. Adattate alle maschere subacquee sportive, tali valvole sono state impiegate per fornire le maschere respiratorie d’emergenza destinate al nosocomio di Piario. «Ne ho stampate molte prima di riuscire ad arrivare al prodotto finito. È stato difficile, ma una grandissima soddisfazione personale. Però, la cosa più bella penso sia aiutare qualcuno», ha dichiarato Alessandro ai microfoni di Bergamo TV.

Vantaggi e funzionamento della stampa 3D

Il giovane studente ha anche il merito di aver provato che, attraverso gli strumenti adatti e le specifiche conoscenze, la tecnologia additiva può essere utilizzata per cambiare con un intervento costruttivo la realtà che ci circonda. Sappiamo bene che le strutture sanitarie in Italia hanno dovuto affrontare complicazioni notevoli, per via di carenze e difficoltà di reperimento dei dispositivi medicali indispensabili durante l’emergenza pandemica. La tempestività d’intervento è essenziale per la salvezza di vite umane, com’è noto. Uno dei pregi della stampa 3D è la possibilità di fabbricare oggetti senza dover passare attraverso numerose fasi e passaggi di lavorazione: tradizionalmente, il processo di fabbricazione avviene con una modalità sottrattiva, ovvero un blocco di materiale viene lavorato sottraendo la materia in eccesso, fino alla forma desiderata. Invece la manifattura additiva, come suggerisce il nome, consiste nella produzione stratificata di un determinato oggetto fisico. A partire da un modello digitale, con la sovrapposizione di strati materiali si arriva a produrre un solido in tre dimensioni: un processo che è possibile svolgere senza numerosa manodopera specializzata o catene di montaggio, in tempi più rapidi della manifattura tradizionale. Una sola persona qualificata può essere in grado di predisporre il modello digitale e lanciare la stampa, una procedura interamente automatizzata.

Dal punto di vista dei costi di produzione, il vantaggio di poter verificare un design con il metodo additivo e perfezionare il prototipo, rappresenta senz’altro un risparmio.

Oggetti con varia forma vengono creati aggiungendo strati su strati di materia, in base al modello che si vuole riprodurre. Vediamo più da vicino come funziona una stampante 3D kit, ossia la tipologia di dispositivi che viene venduta come kit di assemblaggio per l’utilizzo domestico, dotati generalmente di bobine di materia plastica (o di resina e metalli, nei dispositivi più professionali) per la creazione dei prototipi. Serve innanzitutto un modello virtuale dell’oggetto da realizzare: con un software di progettazione CAD potreste dar vita ad un disegno tridimensionale nuovo, ma vi sono numerosi siti internet - come Thingiverse - da cui poter prelevare i modelli già predisposti per la stampa additiva. Inoltre, tramite uno scanner 3D, è possibile riprodurre la geometria di oggetti reali, creandone una copia digitale in tre dimensioni (processo di ingegneria inversa). Il file del modello digitale andrà sempre perfezionato dopo la scansione, pertanto è necessaria una conoscenza di base dei programmi in questione - come l’open source Blender, Wings 3D o FreeCAD - nonostante alcuni scanner siano in grado di convertire automaticamente la scansione effettuata, per adattarla alla stampa.

Uno dei formati di file più diffusi per la progettazione e la produzione additiva, in cui si deve convertire il progetto CAD, è denominato Standard Triangle Language (STL). Si tratta di un formato che ricrea la superficie del solido attraverso una serie di piccoli triangoli collegati fra loro. I dati per la fabbricazione del prototipo vengono successivamente inviati dal software alla stampante che li traduce nel solido prescelto: una sostanza liquida - che gradualmente si solidificherà - verrà rilasciata dagli estrusori del dispositivo e, uno strato alla volta, andrà a comporre l’oggetto. Il risultato sarà tanto più dettagliato quanto sarà elevata la risoluzione della stampante.

Esistono diversi processi di stampa additiva. Pertanto, sarà inizialmente necessario effettuare più tentativi per giungere ad una versione soddisfacente: tutto dipende dal tipo di stampante utilizzata, dal software, dalle caratteristiche specifiche del modello e dal prototipo finale. Potranno verificarsi imperfezioni nei primi prototipi, come ad esempio spazi vuoti, fori o parti sporgenti che fuoriescono dal modello, il quale andrà riparato. Bisognerà in tal caso correggere il tracciato tridimensionale del file.

Applicazioni e prospettive della tecnologia additiva

Va ricordato che la produzione additiva è una tecnologia in via di sviluppo, perciò dispositivi e processi saranno ulteriormente migliorati grazie all’innovazione, la ricerca - numerosi team di ricercatori ed aziende globali sono attualmente impegnati a tal fine - e lo sviluppo di nuove tecniche per la prototipazione rapida. Al giorno d’oggi, uno dei settori in cui si prospettano importanti implicazioni di tale tecnologia è senza dubbio il campo biomedico. Non soltanto per la creazione di dispositivi medicali o parti di essi - come abbiamo visto nel caso dello studente di Bergamo -, ma anche per la realizzazione di protesi e perfino tessuti, ossa ed organi mediante le cellule staminali. La sperimentazione della stampa additiva si sta evolvendo con rapidità anche nel campo alimentare: stampanti 3D per la realizzazione di torte e dolciumi, soprattutto a base di zucchero e cioccolato, sono implementate costantemente. Di recente, è stata intrapresa anche la produzione di dispositivi in grado di ‘materializzare’ generi alimentari utilizzando pasta e carne. Chissà se, in futuro, sarà possibile stampare anche una pizza margherita, come abbiamo visto fare nelle serie televisive fantascientifiche più moderne.

Flora Liliana Menicocci