Quasi passata inosservata, salvo parlarne a titolo di curiosità, la stampa 3D appartiene a quelle tecnologie emergenti – in realtà già emerse e affermate – che fino al momento le aziende che operano nel settore della stampa 2D hanno preso sotto gamba. Non tutte per la verità come vedremo in questo articolo.

Fino a oggi sembra che questa nuova tecnologia, ma per la precisione dovremmo dire “nuove tecnologie” trattandosi di diverse tecniche produttive, sia appannaggio di un gruppo di giovani entusiasti, che hanno costituito una comunità che si scambia idee, progetti e tecniche per produrre prototipi e oggetti stampati tridimensionalmente. Sono i cosiddetti “makers” che in genere operano nei loro garage, come del resto fecero a suo tempo quegli strani fanatici di Steve Jobs e Steve Wozniak che rivoluzionarono il mercato dei PC…

L’avviso di Makers, prima fiera 3D in Italia, a Roma

Mentre a Milano lo scorso inizio ottobre si svolgeva il Viscom, a Roma EUR pochi avevano notato una piccola fiera, appunto denominata Makers, dedicata alla stampa 3D. Ci siamo stati.
In realtà ci si poteva aspettare di più. Ma questo primo tentativo a livello italiano aveva lo scopo di far incontrare questi entusiasti con le loro piccole stampanti e, soprattutto, le loro idee e i loro software operativi, basati sul CAD.
Non dimentichiamo infatti che parte preponderante della stampa 3D dipende proprio dai software, che ne costituiscono la “prestampa”.

Non è nata ieri

In California, inutile dirlo,  incontri di questo tipo sono all’ordine del giorno. In effetti la stampa 3D non è priva di una sua storia. Già prima che Internet cambiasse il mondo, erano stati sviluppati processi costruttivi basati sulle tecnologie laser per applicazioni industriali, come la fabbricazione di prototipi e modelli di componenti da produrre in quantità limitate.
Ma perché usare la stampa anziché il tradizionale metodo di fabbricazione mediante processi di iniezione, stampaggio, taglio, fresatura, foratura, ecc? Proprio perché la stampa 3D – che è essenzialmente un sistema di stampa inkjet – evita tutti questi passaggi e sostituisce l’uso di molte macchine con una sola stampante. E in tempi in cui il ciclo di vita dei prodotti continua a comprimersi, mentre aumenta inesorabilmente il numero di varianti dei singoli prodotti, la soluzione più ovvia è quella di far costruire i pezzi a dei robot di stampa che hanno dalla loro livelli di precisione irraggiungibili dagli umani, senza dare segni di stanchezza.         

Può essere un giocattolo, ma anche un prototipo

Ma quali sono i campi di applicazione più utilizzati fino a oggi? Innanzi tutto la costruzione di componenti (un esempio viene dalla costruzione di ricambi per aziende automobilistiche), dispositivi medicali e persino arti artificali, ma anche prodotti di consumo e gadget pubblicitari, oltre a una nuova forma d’arte. Tra le prime fiere internazionali che si sono occupate di stampa 3D, basti citare la recente K 2013 di Düsseldorf, dedicata alla plastica e gomma, che nell’ottobre scorso ha lanciato il 3D fab+print. Altre fiere industriali in Germania l’hanno inserita  nei loro programmi: Compamed nel novembre 2014, Thermoprocess nel giugno 2015 e, soprattutto, questa la novità, la prossima drupa (31 maggio – 10 giugno 2016).

Il quarto pilastro della stampa

I vantaggi della stampa 3D sono molteplici e molti ancora da scoprire: tra quelli fino a oggi riconosciuti domina la possibilità che la costruzione di prototipi solidi con modelli reali accelera l’innovazione. Ma a livello consumo, la quantità di prodotti e gadget che si possono realizzare facilmente con stampanti 3D, può generare nuove nicchie di mercato.
E soprattutto un nuovo tipo di servizio conto terzi da parte di chi possiede la stampante, esattamente come oggi è il servizio che offre qualsiasi stampatore offset o digitale.

Gadget pubblicitari e realizzazioni artistiche sono oggi tra i prodotti che vanno di più

Tanto che alcuni osservatori del nostro settore, definiscono ormai la stampa 3D “il quarto pilastro della stampa” con la offset, la flessografia e il digitale.
Come fu per la stampa digitale, trascurata e quasi ridicolizzata quando nel 1993 fece la sua prima apparizione ufficiale all’IPEX di Birmingham, non passerà certo molto tempo che sentiremo i grandi fornitori di tecnologie tirar fuori dal cilindro la propria stampante.
Già oggi la Hewlett Packard sta lavorando al 3D, anche se al momento non ha ancora presentato alcuna stampante. Ma stiamo certi che alla drupa qualcosa da vedere e toccare con mano ci sarà.
Nel frattempo, tra il 2010 e il 2012 la American IT Co. ha stretto una alleanza con la Stratasys, società israelo-americana e,guarda caso, la HP è per lo meno dietro le quinte, visto che le apparecchiature finora realizzate, ma non ancora in commercio, si chiamano HP Designjet 3D e HP Designjet Color 3D.
Meg Whitmann, CEO di HP ha voluto darne l’annuncio personalmente «Gli stampatori 3D sono ancora nella loro infanzia. Ma è una grande opportunità nella quale ci sentiamo coinvolti. Per la metà del prossimo anno [il 2014 – ndr] avremo qualcosa da mostrare.»
Possiamo prendere la dichiarazione come una operazione di marketing e forse dovremo attendere più tempo, ma la strada sembra ormai segnata.

Quali stampanti

Oggi ci sono stampanti 3D di vari livelli, come del resto per la stampa convenzionale. Ci sono stampanti da casa o da ufficio intorno al 300 Euro; stampanti da 3000 Euro e poi stampanti industriali, che ovviamente sono appannaggio di quelle aziende che, avendo studiato il mercato e viste la possibilità di ottenere importanti commesse, potranno offrire il loro servizio, così come le aziende che hanno in casa una otto colori o una macchina flessografica a tamburo centrale a dodici colori.

Mebotics produce stampanti  a stampa mista additiva e sottrattiva

Sentiamo ancora Meg Whitman: «Stampare una bottiglia richiede oggi dalle otto alle dieci ore; una cosa certamente interessante, ma è un po’ come voler stare a vedere l’erba crescere. Ma è giustificato pensare che in breve questo mal di pancia sia solo un ricordo del passato». Come lo è del resto quello della stampa digitale fuori registro e qualitativamente impresentabile che tutti noi ricordiamo.
Al momento la stampa di oggetti 3D si limita alle applicazioni legate al CAD e quindi prerogativa di taglio laser, tornitura, fresatura, iniezione e stampaggio. Questo ci fa anche pensare che le prime aziende che sapranno imporsi in questo settore, sono quelle che hanno già una buona esperienza nel campo dei software di prestampa, ad esempio nel campo delle applicazioni con i tavoli da taglio nella cartotecnica e nella comunicazione visiva. Del resto sono numerosi gli esempi del genere esposti regolarmente al Viscom.
A parte la produzione di oggetti con materiali “solidi” come metalli e plastica ricordiamo, per chi vuole restare ancorato alle arti grafiche, che ci sono, e sono largamente utilizzate, stampanti che tagliano e incollano carta di cui stampano la parte che resterà in evidenza (si legga in proposito questo articolo). Forse queste saranno le prime a imporsi nel mercato delle arti grafiche (del resto Macchingraf ne ha già una nel proprio repertorio). Del resto, a dare un segno sulle prospettive future della stampa 3D basti pensare al valore delle azioni della Stratasys, di cui si accennava sopra, il valore delle cui azioni è passato in pochi anni da 7,58 $ a 114 $.

Ma cos’è la stampa 3D?

Vediamo ora un po’ più in dettaglio in cosa consiste la stampa 3D.
La maggior parte delle stampanti si ispirano al progetto RepRap concepito originariamente da Adrian Boweyer, un professore di tecnologie innovative all’Università di Bath in Inghilterra.

Come oggi il cartone con i tavoli da taglio, l’arredamento è un campo adatto alla stampa 3D

RepRap sta per Reliating Rapid-Prototyper ed è una stampante 3D che il ricercatore ha originariamente pubblicato sotto una GNU (General Public License) che vincola gli utenti a ridistribuire un software, e le sue eventuali modifiche, come software libero. Il suo obiettivo è stato dunque quello di ottenere in breve, grazie alla collaborazione aperta, una proliferazione dei RepRap. Analogamente agiscono Ultimaker e Makibox. Il più noto produttore americano di stampanti 3D Makerbot, a New York si era data in origine una struttura di organizzazione no-profit. Dal 2013 appartiene a Stratasys e il modello Replicator 2 , diversamente dai precedenti, non ha più nessuna somiglianza con una matrice open source.
Anche iIl produttore inglese Bits from Bytes è stato acquistato. Aveva iniziato con la stampante RapMan, versione commerciale del software RepRap Darwin. Nell’ottobre 2010 fu acquisita da un leader del settore, l’americana 3D Systems e il suo stabilimento nella Carolina del Sud è oggi al limite delle proprie capacità produttive e sta progettando un nuovo sito con 133 nuovi posti di lavoro.
Nel campo professionale Stratasys è il leader mondiale indiscusso. Ha due sedi principali nel Minnesota e in Israele oltre a sei filiali, una delle quali in Germania. La gamma produttiva di Stratasys si estende dalle stampanti 3D desktop a prezzi popolari, fino a macchine da stampa con sistemi 3D allo stato dell’arte. Utilizza per le sue costruzioni ben 150 tipi di fotopolimeri e materiale termoplastico e dispone del più vasto assortimento di materiali speciali.
Leader mondiale per le applicazioni industriali nel settore della sinterizzazione laser è la tedesca EOS GmbH in Baviera. L’azienda fu fondata nel 1989 da due giovani laureati (Hans J. Lager e Hans Steinblichler) e oggi fornisce clienti come MTU, Daimler e BMW con stampanti che queste società utilizzano nei propri stabilimenti produttivi per produrre componenti automobilistici e parti di ricambio.
Anche la Cina è presente nel settore 3D con la TierTime Technology Co. Ltd, fondata a Pechino nel 2003. I loro dispositivi di stampa sono commercializzati sotto il nome di Inspire.
In breve, che servano per prodotti di alto livello, prototipi o piccole serie, le capacità produttive delle stampanti e macchine da stampa 3D sono già abbastanza avanzate per ottenere risultati interessanti e redditizi.
Non dimentichiamo, infine, che come da noi riferito oltre un anno fa, che con la stampa 3D c’è chi costruisce villette: gli ugelli iniettano resine e malta costruendo l’edificio strato su strato con gli spazi vuoti già pronti per le canalizzazioni elettriche e idriche, oltre che, naturalmente, per porte e finestre.
Si legga qui l’articolo.

Un principio, molti processi

La stampa 3D nota anche come “Rapid Prototyping” o “Additive Manufacturing”, è basata sul principio della stratificazione, un processo additivo per mezzo del quale gli oggetti vengono stampati strato su strato deponendo sostanze liquide o in polvere. Nel corso della stampa intervengono processi chimici e/o fisici di precipitazione, trattamento (ad esempio indurimento mediante resine) e/o fusione. Nel caso, ad esempio di polveri metalliche, ha luogo un processo che è analogo a quello della sinterizzazione, dando quindi luogo a oggetti (componenti) assolutamente affidabili dal punto di vista strutturale.
Per queste ragioni, i materiali tipici utilizzati sono resine, plastica, metalli, ceramica, ma anche carta.

Componenti meccanici e parti di ricambio: una applicazione già affermata

Attualmente i produttori usano diversi procedimenti di stampa che sono tra loro fondamentalmente simili, a parte alcune varianti brevettate. Tra i procedimenti più interessanti impiegati possiamo citare la fusione laser selettiva, la fusione di metalli mediante electron beam (EB), la sinterizzazione selettiva laser di materie plastiche, la stereolitografia, il processo mediante luce digitale, la modellizzazione polyjet per i fotopolimeri, la deposizione per materiali termoplastici. La maggior parte di stampanti 3D produce con un solo tipo di materiale o un solo tipo di miscela, per volta.
Sono stati sperimentati anche materiali plastici con differenti gradi di durezza e colore in una variazione di stratificazione mediante fusione, o con la tecnologia FDM (fused deposition modelling). Questo processo inietta strati semi liquidi di ABS (acrilonitril-butadiene-stirolo) con ugelli, sovrapponendo strato su strato, esattamente come avviene con la stampa inkjet, fino ad assumere la forma finale. La tecnologia PolyJet deposita fotopolimeri che vengono istantaneamente induriti in luce UV (proprio come la stampa offset con inchiostri UV) e i prodotti sono indistinguibili da quelli ottenuti per stampaggio a iniezione.
Un altro sistema, quello di Mebotics, associa la tecnica additiva a quella sottrattiva, quindi oltre alla deposizione, può asportare materiale mediante incisione o fresatura, e stampare anche a quattro colori. Questo metodo è utilizzato per lavorare con legno o carta anche per produrre oggetti pubblicitari.

Qual è la morale?

Diamo scacco al mercato con la stampa 3D

Se è vero che si stampa sempre meno carta, o piuttosto che la concorrenza nel campo della stampa commerciale e della cartotecnica è ormai insostenibile per l’elevata offerta rispetto a una domanda in calo e in cerca di prezzi sempre più contenuti, quegli imprenditori che avranno il coraggio (e la capacità) di entrare in un settore completamente innovativo e tuttora poco esplorato, può costituire una valvola di sfogo sia per aziende strutturate, sia per quelle piccole o medie aziende che potrebbero affrontare nuovi mercati ad esempio collaborando tra loro mediante la costituzione di reti di aziende.
In fondo si tratta pur sempre di stampa.