Quali materiali si usano nella stampa 3D? È più della fantastica plastica

Il gelato. Molecole per la medicina. Persino cellule umane. La lista dei materiali usati nella stampa 3D si allunga e diventa molto più interessante di giorno in giorno. E l’espansione è una corsa agli armamenti di materiali multimiliardaria in questo momento.

Uno studio di mercato sulla stampa 3D pubblicato di recente ha rilevato che l’accelerazione dello sviluppo tecnologico porterà il valore del mercato della stampa 3D dal suo livello del 2017 di 6,98 miliardi di dollari a 12 miliardi di dollari entro la fine del 2018. Questo significa un enorme aumento dei materiali che queste macchine utilizzano.

La plastica regna ancora sovrana nel mondo dei materiali per la stampa 3D. Secondo un rapporto di SmarTech Markets Publishing, la stampa 3D dovrebbe generare 1,4 miliardi di dollari in vendite di materie plastiche entro il 2019. Questa non è solo la vostra plastica “quotidiana”. L’industria sta ampiamente sperimentando nuovi approcci, come le resine bio-based fatte di mais e olio di soia.

Ma non si ferma qui nel mondo dei materiali per la stampa 3D.

materiali per la stampa 3D

Metal Mania

Se ci fosse un secondo posto per la plastica, sarebbe il metallo. La sinterizzazione laser diretta del metallo (DMLS) è la tecnica e, a differenza della stampa della plastica, può essere usata per fare sia un prodotto industriale finito che un prototipo. L’industria aeronautica è già uno dei primi sostenitori e consumatori della stampa DMLS per ottimizzare le operazioni e produrre parti pronte per l’installazione. Ci sono anche già stampanti DMLS di massa per la creazione di gioielli.

La crescita e la popolarità della stampa 3D dei metalli ha il potenziale per produrre e creare parti di macchine più efficaci che attualmente non possono essere prodotte in massa in loco. Questo potrebbe portare a migliori conduttori, resistenza alla trazione e altri attributi dei metalli da laboratorio rispetto ai metalli “estratti e raffinati” come l’acciaio e il rame.

Nell’industria aerospaziale, la questione dei materiali è in gran parte risolta, e creare volume di parti è il Santo Graal. GE Aviation comincerà a stampare iniettori per il suo motore a reazione LEAP nel 2016 e aumenterà fino a circa 35.000 all’anno solo quattro anni dopo. Si tratta del più grande e ambizioso progetto di produzione additiva mai intrapreso da nessuno nel settore.

materiale di stampa grafene_struttura_3d
Struttura grafene

I nuovi arrivati: Grafite e grafene

Kibaran Resources, un’azienda australiana quotata in borsa che estrae grafite e nichel, ha stretto una partnership con la società di stampa 3D 3D Group per condividere i costi di sviluppo in un’impresa di ricerca e sviluppo chiamata 3D Graphtech Industries.

La partnership sta perseguendo i brevetti per studiare la stampa 3D di grafite e grafene, una forma pura di carbonio creata in laboratorio nel 2004. Il grafene conduce meglio l’elettricità, è più forte, più facile da isolare e più leggero di altri conduttori oggi sul mercato. Supera anche i migliori conduttori diverse volte. Poiché deve essere creato in laboratorio, è un buon caso di studio per capire che tipo di produzione di massa di metalli può realizzare la fabbricazione additiva.

I materiali per la ricerca e lo sviluppo provengono dalle miniere tanzaniane di Kibaran dove è stata trovata grafite ad alta cristallinità e una purezza del 99,9% di carbonio. Questo è incredibilmente adatto alla produzione di grafene.

Anche l’industria dei semiconduttori è interessata a produrre grandi quantità di grafene. Per esempio, IBM ha recentemente trovato un modo per usarlo per l’illuminazione a LED. La capacità di stampare in 3D fogli di materiale da usare nei LED ridurrebbe seriamente i costi di produzione dell’illuminazione.

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Fibra di carbonio: Forte come l’acciaio?

Relata alla grafite, la fibra di carbonio (che subisce un processo di ossidazione che allunga il polimero) può essere aggiunta alla plastica più tradizionale per creare un composito che può essere forte come l’acciaio ma meno intenso da usare dell’alluminio, dice Markforged. Le stampanti 3D di grande formato dell’azienda sono progettate per stampare parti più forti più rapidamente e a costi significativamente più bassi.

Nel frattempo, la startup Impossible Objects ha anche esplorato la fibra di carbonio così come il vetro, il Kevlar e la fibra di vetro. La stampante dell’azienda può anche lavorare con i polimeri termoplastici PEEK (polietere etere chetone), che sono tipicamente usati per cuscinetti, parti di pistoni e installazione di cavi elettrici.

Ho bisogno di una nuova stampante 3D per questi materiali?

Quindi, mentre la lista dei materiali cresce, cosa significa questo per l’hardware attuale? In questo momento, a livello di consumatori, la plastica è il massimo che si può ottenere. Per esempio, la Dremel 3D20 da 899 dollari è limitata a un tipo di materiale di stampa, un comune polilattide (PLA). Il PLA è una plastica biodegradabile ottenuta da fonti rinnovabili come l’amido di mais.

Oggi ci sono diverse stampanti focalizzate interamente sul DMLS, tra cui la 3DSystems ProX 300 e diversi modelli di Stratasys, ma queste attualmente costano più di 100.000 dollari ciascuna perché le stampanti DMLS bruciano molto più calde delle loro controparti di plastica in quanto le polveri e i metalli che creano hanno punti di fusione più alti. Alloggiamenti più resistenti e strumenti di fusione industriale più potenti fanno salire i loro costi in modo significativo.

Mentre molti produttori di stampanti 3D stanno offrendo servizi di stampa 3D in metallo, ci vorrà del tempo prima che le economie di scala che hanno contribuito a far scendere il costo della stampa 3D in plastica influenzino il mercato DMLS. E i sistemi di stampa 3D con grafite/fibra di carbonio stanno iniziando solo ora a guadagnare trazione sul mercato.

La diversità delle applicazioni che le industrie stanno esplorando per la stampa 3D rende il tempo eccitante ma tumultuoso. Dalle parti del jet all’illuminazione, i nuovi (e “vecchi”) materiali offriranno ancora più opportunità per come e cosa le industrie stampano.

Questo articolo è stato aggiornato. È stato originariamente pubblicato nel novembre 2014.

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