“STAMPA 3D. Una rivoluzione che cambierà il mondo?” a cura di Antonio Zama, Filodiritto Editore, 2014. Introduzione di Francesco Pignatelli

“Vivere una rivoluzione”

Non capita tanto spesso di essere immersi in una rivoluzione dei processi produttivi e di potersene rendere conto con i propri occhi. Nei decenni recenti qualcosa del genere è accaduto solo con la diffusione progressiva dei personal computer, che a cavallo tra gli anni Ottanta e Novanta hanno profondamente mutato il modo di lavorare e poi di vivere – specie ora che di fatto il computer davvero personal è lo smartphone che portiamo in tasca – per milioni di persone. Gli anni Dieci di questo secolo sono segnati da una profonda rivoluzione nella distribuzione della capacità produttiva, che progressivamente si sposta dalla fabbrica tradizionale con le sue linee di montaggio a strutture più piccole ed elastiche, delocalizzate e addirittura talvolta virtuali, grazie alla potenza delle connessioni digitali.

Il fattore scatenante di tutto questo è la diffusione delle tecniche di produzione additiva: è il cosiddetto Additive Manufacturing, che quasi sempre viene identificato con la stampa 3D. Questa diffusione, unita alla nascita di software di progettazione e design sempre più semplici da usare e persino gratuiti, sta già permettendo a piccole aziende e a singoli imprenditori di avviare processi produttivi estremamente elastici proprio perché slegati dai vincoli tradizionali della catena di montaggio e della produzione di massa. È già possibile oggi gestire produzioni di piccoli lotti di oggetti, al limite anche singoli pezzi realizzati on demand.

A costi contenuti e una volta impensabili, usando stampanti 3D proprie o, più efficacemente per ora, servizi di stampa 3D conto terzi che producono gli oggetti in pochi giorni e li consegnano in tutto il mondo altrettanto velocemente.

Anche negli ambiti più tradizionali l’ sta trovando largo impiego uscendo da quello che negli ultimi anni è stato il suo uso più tipico, ossia la prototipazione rapida. La stampa 3D per mette infatti di realizzare oggetti con forme che sarebbero impossibili da ottenere mediante il classico stampaggio a pressione di plastiche o metalli fusi, come anche consente di costruire come blocchi unici oggetti che di norma nascono dall’assemblaggio di più componenti, con implicazioni ovvie e importanti per quanto riguarda la robustezza complessiva degli oggetti stessi. Per capire meglio tutte queste implicazioni, però, conviene esaminare la stampa 3D da un punto di vista più tecnico.

“Strato per strato”

La stampa 3D è una tecnica di tipo additivo perché gli oggetti vengono realizzati progressivamente strato per strato, a differenza di altre tecniche cosiddette sottrattive perché arrivano al prodotto finale eliminando materiale da un blocco di partenza, come accade ad esempio per il tornio. Sintetizzando esemplificando molto, l’oggetto da stampare viene progettato con un software di CAD o modellazione tridimensionale, poi viene suddiviso virtualmente in “fette” orizzontali di spessore ben inferiore al millimetro. Questa scomposizione in strati sottilissimi viene opportunamente convertita in un file di dati comprensibili per una stampante 3D, che provvede a realizzare i singoli strati uno per uno. Dato che ognuno di essi è generato usando materiale plastico o metallico portato ad alta temperatura, ogni singolo strato si fonde automaticamente con quelli sottostanti man mano che viene completato.

Oggi questo modello generico di lavoro si declina essenzialmente in due tecniche: il SLS (Selective Laser Sintering) e il FDM (Fused Deposition Modeling). Nel primo sistema un raggio laser opportunamente pilotato colpisce uno strato di polvere, plastica o metallica, finissima: nel punto colpito dal raggio la polvere si fonde e costituisce un punto (solido) corrispondente al punto virtuale del singolo strato dell’oggetto progettato. Completato uno strato dell’oggetto si depone un nuovo strato di polvere e il raggio laser “disegna” lo strato successivo dell’oggetto, e così via fino all’ultimo. Liberato della polvere in eccesso, a questo punto il nostro oggetto è pronto.

Il FDM è una tecnica molto più economica che ricorda il funzionamento di una classica stampante a getto d’inchiostro per documenti cartacei. Stavolta a tracciare i punti degli strati di un oggetto è una testina di stampa – in gergo tecnico un estrusore – che deposita piccolissime gocce di materiale plastico fuso (che entra nell’estrusore sotto forma di filamento proveniente da una vera e propria bobina). Anche in questo caso ogni goccia si fonde con le sue vicine per l’alta temperatura a cui è depositata.

Da queste descrizioni un (bel) po’ riduttive – i dettagli tecnici sottostanti sono molti di più ma vanno oltre l’ambito di queste pagine si cominciano a intuire le principali differenze tra i due sistemi. Il laser sintering, o sinterizzazione, garantisce un’alta precisione di tracciamento e permette di utilizzare qualsiasi materiale che possa essere in qualche modo ridotto in polveri “laserabili”. Con la sinterizzazione si producono oggetti tanto in materiali plastici quanto in leghe metalliche, con una precisione e un’efficacia tali che lo stesso ente spaziale americano, la NASA, usa questa forma di manufacturing additivo per alcuni componenti dei propulsori dei vettori spaziali di nuova generazione. In campo medicale, per fare un altro esempio immediato, si usa già da tempo la sinterizzazione di polimeri plastici sensibili fotosensibili, usando un raggio ultravioletto invece di un laser, per la produzione di protesi dentarie.

Dal canto loro le stampanti a deposizione di materiale plastico fuso pagano il fatto che un estrusore non sarà mai veloce e preciso quanto un raggio laser: sono quindi molto più lente e assai meno precise. Anche la scelta dei materiali da usare è più limitata, perché quasi sempre è ridotta all’ABS, una plastica molto diffusa e di derivazione petrolio, e al PLA, una plastica di derivazione vegetale e per questo biodegradabile. L’asso nella manica – vincente quando si tratta di applicazioni di fascia (relativamente) bassa – delle stampanti a deposizione è il co- sto: se una unità in sintering ha un cartellino del prezzo nell’ordine dei 100-150mila euro – e da qui a salire – una stampante FDM è un oggetto volendo anche “personal”, da 1.500-2.000 euro per i prodotti commerciali più noti a 500-600 per chi ha le competenze e la passione di assemblarne una a mano partendo dai componenti di un progetto open source.

Basteranno questi prezzi a portare una stampante 3D su ogni scrivania? Probabilmente no, perché nella gran parte dei casi non ce ne sarà bisogno. Da un lato i principali servizi di stampa 3D (ad esempio, tra gli altri, Shapeways, i.Materialise, Ponoko) stanno abbassando i loro costi e semplificando le loro procedure, in modo che utenti mediamente tecnici possano stampare ad alta qualità i loro oggetti senza investire in macchinari. Dall’altro lato cresce costantemente il numero dei Fablab presenti sul territorio: sono centri aperti al pubblico che possono acquistare stampanti di fascia anche media e metterle a disposizione dei visitatori, in una logica di condivisione delle risorse che ben si adatta alle nuove logiche di produzione decentrata e che permette di ammortizzare i costi d’acquisto delle stampanti “distribuendoli” nel tempo e su un gran numero di utenti.

Per un verso o per un altro, quindi, man mano che il concetto stesso di stampa 3D e gli strumenti software a essa necessari raggiungeranno un pubblico più ampio, saranno anche già disponibili i centri stampa, fisicamente vicini o lontani poco importa, per produrre oggetti. Acquistare una stampante 3D “personal” sarà sempre più economico e semplice per gli appassionati, ma mai obbligatorio per il grande pubblico, così come oggi non è obbligatorio ad esempio portarsi in casa una stampante in grado di stampare le nostre fotografie in grande formato a elevata qualità: chi vuole può certamente farlo per passione, gli altri hanno a disposizione vari servizi di stampa fotografica ad hoc.

Francesco Pignatelli è un giornalista professionista milanese, che si occupa di digital manufacturing da alcuni anni. In precedenza ha collaborato con le principali testate italiane del settore informatico, dal 1995 in poi.