Pro e contro della stampa 3D

La stampa 3D è un processo di fabbricazione additiva in rapida crescita nei segmenti industriali, commerciali e hobbistici dell'economia. La popolarità del settore è dovuta ai vantaggi rivoluzionari della tecnologia innovativa. L'industria globale della stampa 3D è in rapida crescita e si prevede che passerà da 18,3 miliardi di dollari nel 2022 a oltre 83 miliardi di dollari entro il 2029.

La stampa 3D ha fatto breccia in tutti i principali settori industriali. Le applicazioni sono più evidenti nei settori aerospaziale, automobilistico, medico e dentale. Anche i settori dell'istruzione, dell'edilizia, della robotica, della moda e dell'alimentazione integrano la stampa 3D nelle loro attività.

L'inizio dell'Industria 4.0 sta contribuendo ad alimentare la rapida crescita del settore della stampa 3D, il fulcro della fabbricazione additiva. L'Industria 4.0 integra le nuove tecnologie, tra cui il cloud computing, l'Internet delle cose (IoT), la fabbricazione additiva, l'intelligenza artificiale (AI) e l'analisi dei dati, nelle operazioni di produzione e commerciali. Queste tecnologie integrate trasformeranno il modo in cui le aziende producono prodotti e servizi.

I vantaggi del settore della stampa 3D, in rapida crescita, sono numerosi. I vantaggi includono i seguenti:

• Creazione di geometrie complesse - A differenza della lavorazione tradizionale, la stampa 3D può creare progetti complessi che la produzione tradizionale non è in grado di realizzare con assemblaggi di diversi componenti. Un esempio è rappresentato dai vuoti interni al pezzo per alleggerire il prodotto. La creazione di pezzi più leggeri è un motivo importante per cui la stampa 3D è popolare nei settori aerospaziale, della difesa e automobilistico. Inoltre, con materiali costosi come i metalli, i vuoti interni consentono di risparmiare sui costi.
• Applicazioni mediche personalizzate - La stampa 3D consente ai professionisti del settore medico di produrre articoli personalizzati per le procedure mediche, tra cui impianti personalizzati per protesi, anche, colonna vertebrale e ginocchia. Recentemente è stato eseguito un impianto cranico con parti stampate in 3D. Altre applicazioni includono protesi personalizzate forti e durevoli, apparecchi acustici su misura e strumenti chirurgici specifici per le procedure. I tamponi erano molto richiesti durante la pandemia e sono stati stampati per ovviare alla carenza. La ricerca medica sulla stampa 3D sta sviluppando tessuti con vasi sanguigni, farmaci, valvole cardiache e organi. I materiali biocompatibili sono essenziali per questi progressi medici in corso.
• Ingegneria della progettazione e della produzione - La stampa 3D semplifica il processo di creazione dei pezzi. Il processo è più semplice perché gli ingegneri non devono affrontare i numerosi vincoli associati alle tecnologie di produzione sottrattiva. Questo vantaggio consente anche di risparmiare tempo: parti complesse, che un tempo richiedevano più componenti, possono essere facilmente stampate in un unico pezzo leggero. In produzione si eliminano le configurazioni multiple e i tempi di lavorazione aggiuntivi per i numerosi componenti. 
• Produzione efficiente - La stampa 3D è un metodo efficiente di produzione dei prodotti. È un processo in un'unica fase ed evita numerose operazioni di fabbricazione additiva, impostazioni e consumo di energia. Le parti CNC costano fino a 10 volte di più di quelle stampate in 3D. Il materiale sprecato è minimo e il processo può essere automatizzato per eseguire più parti in modo continuo. Si evitano inoltre i costi di magazzino e di trasporto. Le operazioni di stampa 3D locali offrono servizi a contratto che possono far risparmiare le aziende evitando l'acquisizione di capitale interno e lo sviluppo di processi e operatori.
• Materiali leggeri - La maggior parte dei materiali utilizzati nella stampa 3D sono composti plastici leggeri e materiali ingegneristici. I materiali possono essere personalizzati per fornire, oltre al peso ridotto, caratteristiche specifiche di prestazione, come una maggiore resistenza chimica, resistenza al calore, elasticità o forza.
• Scarso spreco di materiale - A differenza della fabbricazione additiva, che rimuove il materiale per la creazione del pezzo, la stampa 3D è una soluzione di fabbricazione additiva che aggiunge solo il materiale necessario per il pezzo e lo supporta durante la costruzione. Il processo è anche ecologico, con parti più leggere e risparmi energetici, ma molti filamenti sono riciclabili e i materiali in polvere sono riutilizzabili al 95%-99%.
• Creazione rapida di parti - Le parti in 3D possono essere stampate in poche ore. Questa rapidità rappresenta un vantaggio considerevole rispetto ai costi aggiuntivi di inventario o di trasporto notturno dei pezzi in tutto il Paese, ammesso che siano disponibili in magazzino.
• Prezzi ragionevoli delle attrezzature - Le stampanti 3D hanno prezzi ragionevoli rispetto alle attrezzature di produzione tradizionali. Le stampanti entry-level per gli hobbisti partono da circa 200 dollari e le macchine industriali sono meno costose dei centri di lavorazione CNC. I costi dei materiali per la stampa 3D possono essere più costosi all'apparenza. Tuttavia, si utilizza meno materiale, quindi i costi complessivi dei materiali sono inferiori con le materie plastiche a basso prezzo. Anche le polveri metalliche più costose sono più economiche rispetto ai costi dei materiali della produzione sottrattiva.
• Sostenibilità - Il processo di stampa 3D è rispettoso dell'ambiente, in quanto utilizza meno materiale e può riutilizzare le polveri e riciclare la maggior parte dei supporti in plastica. Le parti più leggere migliorano anche l'efficienza dei consumi di aerei, automobili e veicoli spaziali.

Essendo un settore relativamente nuovo che sta proliferando, la stampa 3D presenta alcuni svantaggi, tra cui i seguenti:

• Precisione - Gli articoli prodotti dalle stampanti 3D cercano di ottenere la precisione dimensionale delle macchine CNC e di altri macchinari per la produzione sottrattiva. La differenza è evidente: le parti 3D producono pezzi di 0,2 mm rispetto alle macchine CNC, che arrivano a 0,005 mm. Questa situazione potrebbe cambiare con i continui miglioramenti nel settore della fabbricazione additiva.
• Costi - Sebbene le attrezzature per la stampa 3D siano meno costose della controparte per la produzione sottrattiva, investire in una nuova tecnologia ha un costo. Le attrezzature di capitale, la formazione e lo sviluppo dei processi possono essere spaventosi.
• Contraffazioni e violazioni del copyright - Con l'aumento della popolarità della tecnologia di stampa 3D, aumenta la possibilità di creare prodotti contraffatti. E con l'aumento delle contraffazioni aumentano anche le violazioni del copyright. Numerosi progetti possono essere scaricati senza alcun compenso per il proprietario originale. 
• Eliminazione della manodopera - Sia tra i pro che tra i contro, le operazioni di stampa 3D richiedono meno manodopera, poiché un solo operatore può spesso gestire più macchine. Come nel caso dell'Industria 4.), questo non è un problema esclusivo del settore della stampa 3D, dato che la tecnologia avanza.
• Disponibilità dei materiali - L'offerta complessiva di materiali per la stampa 3D è relativamente limitata rispetto ai materiali disponibili per altri processi produttivi. Molte leghe metalliche richiedono la conversione in materiali compatibili con la stampa 3D. Anche i materiali sicuri per gli alimenti sono piuttosto limitati. I materiali termoindurenti non possono essere riciclati, creando rifiuti di materiale. Questa è la prima lamentela dell'industria automobilistica e della sanità.
• Qualità dei pezzi - Alcune tecnologie di stampa 3D come FDM, polyjet e multijet possono produrre pezzi con delaminazione, fragilità, tensioni interne e deformazioni o problemi dimensionali.
• Post-lavorazione - La maggior parte delle parti stampate in 3D richiede una qualche forma di post-lavorazione. Di solito sono necessarie operazioni aggiuntive, come il trattamento termico, la lucidatura, la rimozione del supporto o la lavorazione. I problemi di post-lavorazione sono la principale lamentela dell'industria dell'elettronica di consumo e delle attrezzature pesanti.
• Volume di produzione - Un tempo la stampa 3D era utilizzata soprattutto per i prototipi, perché il processo additivo è più lento della produzione di massa tradizionale. Anche se la tecnologia è in grado di produrre volumi medio-bassi, il tempo di ciclo non è veloce come i processi additivi tradizionali. 
• Dimensioni - Le stampanti 3D industriali necessitano di camere di stampa più grandi. Anche se alcune stampanti 3D specializzate realizzano prodotti di grandi dimensioni, la maggior parte della tecnologia è limitata a realizzazioni più piccole.

La stampa 3D è un settore nuovo che sta vivendo i dolori di una rapida crescita. Col tempo, i materiali e la tecnologia si metteranno al passo con il settore. Le previsioni di crescita della stampa 3D sono un forte indicatore del fatto che le lamentele si ridurranno mentre l'approvazione continuerà ad aumentare.