La stampa 3D è un processo che permette di creare oggetti tridimensionali a partire da un modello digitale progettato al computer.
Gli elementi “stampabili” sono di vario tipo e utilizzo, ad esempio componenti per automobili e edifici, valvole cardiache e tessuti cellulari, torte al cioccolato e complementi d’arredo e anche oggetti molto complessi, come le protesi e altri sofisticati dispositivi medici.
Attraverso il “layering”, il processo che prevede l’accumulo di vari strati di materiale, l’oggetto desiderato prende forma, quasi per magia.
Introdotta per la prima volta negli anni ’80, la stampa 3D è apparsa fin da subito come una tecnologia versatile e veloce e, rispetto alla 2D, rappresenta un’incredibile rivoluzione. Il passaggio dalla stampa 2D alla 3D ha comportato, infatti, un notevole cambio di prospettiva: un progetto innovativo può essere infatti realizzato istantaneamente e il prodotto finito è disponibile da subito.
Nata come tecnologia per realizzare oggetti in plastica, ormai la stampa 3D – a seconda dello scopo di utilizzo e del tipo di stampante – impiega anche altri tipi di materiali come metalli, cemento, ceramica, carta, vetro e molto altro.
I materiali più utilizzati per la stampa 3D sono la poliammide e il nylon, ma anche l’acciaio, l’alluminio, il titanio, l’oro e l’argento. Altri materiali, come le argille, presentano alcune limitazioni, per questo prima di procedere con la stampa di qualsiasi oggetto, o parte di esso, è necessario analizzare le caratteristiche molecolari del materiale scelto.
La stampa 3D su materiale plastico – o produzione additiva (AM) basata sui polimeri – viene sfruttata nella progettazione di edifici, automobili, ma anche in ottica, in odontoiatria e nella medicina personalizzata. Nel settore manifatturiero e automobilistico i prodotti finali sono spesso esposti ad agenti aggressivi, a elevate pressioni fisiche o a variazioni esterne di temperatura: per questo è necessario utilizzare materiali resistenti come la plastica, che grazie alla sua struttura fisico – chimica e alla sua composizione molecolare, rappresenta il materiale ideale. Ci sono casi in cui i materiali vengono combinati insieme per dare ancora più resistenza al prodotto: a Shanghai, per esempio, è stato costruito il ponte pedonale stampato in 3D più grande al mondo con un materiale polimerico plastico rinforzato con fibra di vetro.
Persino le cellule viventi possono essere stampate! Il bioprinting o biostampa 3D si sta sviluppando rapidamente e si propone come una delle grandi innovazioni del panorama medico globale del prossimo futuro. In che cosa consiste? Tramite la stampa su particolari supporti di cellule viventi (incorporate in biomateriali e impiegate come una sorta di ‘inchiostro’) e la relativa stratificazione fisica, è possibile ricreare veri e propri tessuti biologici, preziosissimi nei casi di trapianto. I prototipi realizzati in 3D, infatti, soddisfano specifiche necessità cliniche e, allo stesso tempo, consentono una notevole compatibilità fisica evitando episodi di rigetto o infezioni.
Non finisce qui. In ambito alimentare, con il food printing, potrete stamparvi una fetta della vostra torta preferita utilizzando gli ingredienti come se fossero veri e propri “inchiostri commestibili”. Per trasformare un alimento in forma semisolida l’ingrediente viene tagliato, sminuzzato o frullato e gli si aggiungono additivi chiamati idrocolloidi, sostanze che mostrano un’alta propensione a formare dei gel. Questa tecnologia è stata proposta anche nel 2006 dalla NASA, che cercava nella stampa 3D la risposta per fornire cibo agli astronauti: un po’ come il replicatore di Star Trek in grado di materializzare ogni tipo di cibo per rifornire le navi stellari.
Nel campo della ricerca chimica, la stampa 3D ha inaugurato un’era di precisione e flessibilità senza pari. Ormai sempre più diffusa nei laboratori all’avanguardia, questa tecnologia permette di progettare e stampare intere strutture molecolari. Fornisce ai ricercatori rappresentazioni tridimensionali tangibili dei loro lavori, permette di fabbricare sensori chimici dalle geometrie personalizzate, sviluppare materiali innovativi dalle dimensioni e forme specifiche, dispositivi per la somministrazione di farmaci e tanto altro.
Presenta numerosi vantaggi, come l’accuratezza e la precisione, permettendo di creare modelli complessi. I tempi e i costi ridotti sono un altro aspetto positivo: con la tecnologia tridimensionale è necessario semplicemente assicurarsi – prima di premere “stampa” – che il software del computer sia corretto: non sono previsti passaggi aggiuntivi. Infine, questa tecnologia consente di creare le apparecchiature da laboratorio più comuni, come pipette e provette: si possono così ridurre gli sprechi e produrre meno rifiuti.
Insomma, la stampa 3D ha sicuramente il potenziale per cambiare anche il modo in cui gli scienziati affronteranno la ricerca e lo sviluppo chimico!
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Fonti:
Polymers for 3D Printing and Customized Additive Manufacturing
