In cosa differiscono le tecnologie di stampa 3D FDM e SLA?

La stampa 3D non è una tecnologia recente come sembra, ma esiste da molti anni. Nel 1986 Chuck Hull, fondatore di 3D Systems, registrò la prima stampante 3D. Si trattava di una stampante 3D SLA  (StereoLithoGraphy), che utilizza una resina che si solidifica per fotopolimerizzazione quando viene colpita da un raggio laser. Solo due anni dopo, Scott Crump, fondatore di Stratasys, presentò la prima  stampante 3D FDM (Fuse Desposition Modeling), che oggi è il tipo di stampante 3D più conosciuto in ambito sociale.

Il metodo di funzionamento di entrambe è simile: entrambi i tipi di tecnologie di stampa 3D producono parti strato per strato. La FDM deposita il materiale sull'intera area dello strato su cui si trova, mentre la SLA solidifica la resina direttamente con un raggio laser.

Principali differenze tra le stampanti 3D FDM e SLA

Materiali e colori

I materiali più comunemente utilizzati con le stampanti FDM sono il  PLA e l´ ABS , anche se è sempre più frequente l'uso di materiali avanzati come il PETG, il Nylon  e miscele di materiali come il PC-ABS  o il PLA con fibre. La varietà di materiali è sempre più ampia, sia in termini di tipologie che di colori.

La maggior parte delle stampanti FDM utilizza modelli di bobine standard fornite dai produttori con diametri di filamento di 1,75 mm o 2,85 mm. Il diametro del filamento viene deciso dal produttore della stampante FDM in base al tipo di movimento (cartesiano o delta) e al tipo de estrusore.

Immagine 1: Filamento 1,75 mm e 2,85 mm

In SLA la varietà è molto più limitata sia per quanto riguarda i tipi di materiale che i colori. Il principale produttore di resine (FormLabs) ha la più ampia varietà di materiali (Resina standard, Resina de Ingenieristica, Resina Dentale y Resina Colabile) e attualmente dispone del Color Kit , una resina di base con una serie di coloranti per ottenere il colore desiderato dall'utente.

Immagine 2: Kit colori. Fonte: Formlabs

Precisione di finitura

Con le stampanti FDM è normale ottenere buone finiture con altezze di strato di 0,1 mm, ma solo se i pezzi stampati non hanno forme molto complesse o dimensioni ridotte. In questi casi, questo tipo di tecnologia è limitata dal diametro dell'ugello per ottenere lo spessore minimo. Quando si utilizzano supporti dello stesso materiale del pezzo, la finitura superficiale tende a essere irregolare e richiede una post-lavorazione nell'area di contatto dei supporti. Una soluzione a questo problema è l'utilizzo di materiali di supporto solubili come il PVA o el l´HiPS.

Immagine 3: finitura FDM di grandi dimensioni. Fonte: Fillamento

Nelle stampanti con tecnologia SLA, la precisione di stampa è molto elevata, anche con forme complesse, perché il diametro del laser che solidifica la resina è molto piccolo. Ad esempio, la stampante SLA Form 2 può produrre pezzi con altezze di strato di 0,025 mm, ottenendo direttamente pezzi finali e funzionali. La precisione raggiunta è tale che la Form 2 è in grado di realizzare modelli di gioielli e applicazioni dentali in tutti i dettagli.

Figura 4: Finitura SLA di grandi dimensioni. Fonte: FormLabs

Adesione / rimozione dei substrati

Sebbene esista un'ampia varietà di tipi di materiali per le stampanti FDM, l'adesione alla base di solito non è un problema, soprattutto perché esistono prodotti molto efficaci (Magigoo, PrintFix, DimaFix...) che aiutano l'adesione. Anche per i materiali molto inclini a deformarsi, come il PP, è ora disponibile uno  Smart Stick  che risolve il problema senza dover utilizzare il nastro sigillante per PP. La rimozione di qualsiasi materiale dalla base di una stampante FDM è molto semplice, tanto che il più delle volte può essere effettuata a mano.

Immagine 5: Magigoo

Per i substrati nella stampa FDM si utilizzano spesso materiali solubili, molto facili da rimuovere. Nel caso di HiPS viene diluito in  D-Limoneno e PVA in acqua. Questi materiali sono molto pratici, soprattutto quando si vogliono realizzare oggetti con forme complesse o condotti interni, dove la post-elaborazione manuale non è in grado di arrivare.

Immagine 6: D-Limonene

L'adesione non è mai un problema con la tecnologia di stampa SLA, ma è necessario uno sforzo maggiore per rimuovere i pezzi dalla base di stampa. Spesso i pezzi sono così saldamente incollati alla base che per rimuoverli è necessaria una spatola speciale. Inoltre, al termine della stampa, la base è impregnata di resina, il che richiede un certo tempo per la pulizia.

Nel caso delle stampanti SLA non c'è la possibilità di stampare con due materiali diversi, il che significa dover rimuovere manualmente i supporti con delle  pinze e persino applicare un post-processing per rimuoverli completamente.

Post-elaborazione

Dopo la stampa su una stampante FDM, è necessaria solo una post-elaborazione per rimuovere i substrati, come spiegato nella sezione precedente. Materiali come ABS, Smartfil E.P. e molti altri possono essere levigati per ottenere una migliore finitura superficiale.

Tuttavia, una volta terminata la stampa su una stampante SLA, lo strato superficiale di resina non consolidata deve essere rimosso in un bagno di alcol isopropilico o in un centro di lavaggio come Form Wash. La maggior parte delle resine può essere carteggiata e verniciata una volta completamente indurita.

Immagine 7: lavaggio del modulo. Fonte: FormLabs

Conclusione

In questo caso l'applicazione di ciascuna tecnologia di stampa 3D è molto chiara; le stampanti FDM sono ideali per prototipi economici e veloci, che non necessitano di una grande finitura superficiale o di un'esatta precisione nelle misure, sebbene esistano stampanti FDM di grande precisione e finitura.

Le stampanti FDM sono molto utili anche per le parti funzionali dirette, grazie all'ampia varietà di materiali disponibili. D'altra parte, le stampanti SLA sono consigliate per pezzi o oggetti che richiedono una finitura elevata con misure esatte, al livello dei pezzi finali, ma per scopi di prototipazione, che non sono sottoposti a sollecitazioni o sforzi.

Oggi FormLabs e UniZ hanno sviluppato stampanti 3D e resine che hanno rivoluzionato il mercato. Formlabs presenta le nuove  Form 3 e  Form 3L, due stampanti 3D a resina con tecnologia operativa LFS (Low Force Stereolithography), che riducono i tempi di produzione e il numero di supporti durante la realizzazione di un pezzo. Nel caso di UniZ, si tratta della gamma SLASH e zSLTV, stampanti 3D con funzionamento a LED-LCD che consentono una produzione davvero veloce, fino a 600 mm/h con finiture davvero spettacolari. Infine, entrambi i produttori dispongono di resine tecniche che consentono di stampare pezzi finali funzionali di alta qualità.