La stampa 3D su larga scala coinvolge una varietà di tecnologie e materiali ed è stata applicata in molti campi. In effetti, la definizione di "grande" è relativa e non esiste uno standard fisso. In generale, case, barche e mobili di grandi dimensioni sono tutti oggetti di grandi dimensioni. La stampa 3D su larga scala è diventata gradualmente mainstream nel mercato poiché produttori, artisti e aziende scelgono la stampa 3D per soddisfare le loro esigenze di prodotti su larga scala. Gli sviluppatori superano passo dopo passo le dimensioni delle stampanti 3D, superano i limiti tecnici e stampano prodotti sempre più grandi. Quindi quali sono le aree di applicazione della stampa 3D su larga scala? E le grandi stampanti 3D?
La dimensione del prodotto dipende spesso dalla tecnologia e dai materiali, ed è necessario trovare un equilibrio tra precisione e dimensioni, il che rende la scelta della stampante 3D giusta un fattore chiave per il successo. Anche il software gioca un ruolo importante nella creazione di prodotti di grandi dimensioni, poiché il modo migliore per stampare oggetti di grandi dimensioni è spesso quello di stamparli in pezzi e assemblarli. I prodotti stampati in 3D su larga scala includono, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, i seguenti articoli:
● Display, oggetti di scena e segnaletica
● Case ed elementi architettonici
●Parti industriali e metalliche
●Mobili e veicoli
△Il Naturalis Biodiversity Center nei Paesi Bassi ha il proprio laboratorio di stampa 3D e ha utilizzato due stampanti 3D Builder Extreme 1500 Pro per realizzare una replica del Tyrannosaurus rex
●Un museo dei dinosauri senza un Tyrannosaurus rex non è certo un vero museo! Sulla base di una scansione 3D di un vero fossile di T. rex, il Japan Dinosaur Museum ha stampato in 3D la replica lunga 12- metri e alta 5- metri come una grande parte stampata utilizzando due Builder Extreme su larga scala Stampanti 3D che utilizzano filamenti di plastica PLA.
● Anche i curatori di musei, i progettisti di set cinematografici e di oggetti di scena, i parchi di divertimento, i produttori di display per conferenze e esposizioni mondiali, ecc. scelgono stampanti 3D di grande formato per accelerare la produzione. Oltre ai vantaggi in termini di velocità e costi, anche il software di progettazione assistita da computer (CAD) svolge un ruolo di grande effetto, non è più necessaria alcuna scultura artificiale o creazione secondaria. Inoltre, è disponibile un'ampia varietà di materiali, dalla schiuma ultraleggera al nylon rinforzato con fibra di carbonio estremamente resistente.
△L'artista copre l'intonaco su una 17-replica stampata in 3D alta un piede del David di Michelangelo ricreata per Expo 2020 Dubai
●Questo 17-David di Michelangelo stampato in 3D alto un piede è stato esposto all'Expo 2020 di Dubai per promuovere il turismo a Firenze. È impossibile per una stampante 3D polimerica sufficientemente grande produrre una singola replica con dettagli ultra fini, quindi è stata divisa in 14 parti stampabili e poi assemblata a mano, con l'esterno marmorizzato dipinto a mano. All'interno del David stampato in 3D c'è una struttura a rete reticolare che aiuta a mantenere il suo peso a soli 550 kg, ma ha la forza per imballare e spedire correttamente.
△ La tedesca Styles Werbetechnik utilizza le stampanti FDM su larga scala Tractus3D per produrre lettere segnaletiche luminose più velocemente rispetto ai metodi tradizionali
●Styles Werbetechnik, una società tedesca di produzione di insegne, ha scelto la tecnologia di stampa 3D su larga scala per produrre insegne per esterni. Non solo l'azienda desiderava accelerare la produzione, ma voleva anche produrre lettere internamente, piuttosto che affidarsi a modelli di lettere standard di produttori esteri. L'azienda afferma che l'utilizzo della stampa FDM polimerica offre possibilità di progettazione illimitate per la produzione di lettere sagomate. Ad esempio, la profondità delle lettere per le insegne luminose è limitata a un minimo di 60 mm nei metodi tradizionali, ma può essere ridotta a 30 mm nella stampa 3D. Possono funzionare anche la sera e nei fine settimana, accelerando i tempi di produzione poiché non è necessario occuparsi delle stampanti 3D durante il processo.
△Lo Smithsonian Museum ha stampato in 3D 120 statue a grandezza naturale di donne leader nel campo STEM
Nel 2022, la Smithsonian Institution di Washington, DC ha aperto una mostra in onore delle scienziate, tra cui 120 statue stampate in 3D a grandezza naturale. Chiamata "IfThenSheCan – The Exhibit", è la più grande collezione mai realizzata di statue femminili, ognuna delle quali è stata stampata utilizzando la tecnologia FDM.
case ed elementi architettonici
Quando si tratta di progetti di stampa 3D su larga scala, ovviamente i progetti abitativi sono indispensabili. Mentre pochi edifici sono stampati esclusivamente in 3D (spesso richiedono o incorporano supporti strutturali come rinforzi in acciaio o tradizionali strutture in legno), la stampa 3D può servire grazie alla sua velocità, risparmio di manodopera e durata strutturale. Per casa e hotel. Si prevede che il mercato globale della stampa 3D per l'edilizia crescerà di quasi il 20% nei prossimi cinque anni.
●L'edificio a due piani nella foto sotto è stato completato congiuntamente dalle società di progettazione architettonica e ingegneria Hannah and Cive e Peri 3D Construction, che hanno fornito stampanti 3D. La casa di 4,000-piedi quadrati è stata venduta a un offerente anonimo e il completamento richiederà un totale di due anni. La stampante a portale Cobod Bod2 di Peri, la stampante leader nell'architettura di stampa 3D, viene utilizzata per estrudere miscele di calcestruzzo specializzate per creare trombe delle scale e altre strutture funzionali, e su questo progetto sono state stampate un totale di 330 ore.
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△La prima casa a due piani completamente stampata in 3D negli Stati Uniti si trova a Houston
●Oltre alla costruzione di edifici, le stampanti 3D sono ampiamente utilizzate per elementi architettonici, tra cui facciate ed elementi storici da restaurare, e per l'interior design, tra cui pareti, display e divisori. Ci sono persino pavimenti stampati in 3D, ponti stampati in 3D e barriere coralline artificiali stampate in 3D. I materiali simili al cemento non sono l'unica opzione nella costruzione, anche i polimeri svolgono un ruolo. Branch Technology è specializzata nella stampa 3D su larga scala utilizzando estrusori robotici di polimeri, creando di tutto, dalle sculture agli habitat spaziali. Il suo innovativo sistema di pannelli per edifici chiamato BranchClad apre nuove opportunità per le facciate degli edifici. Basta guardare la superficie lunare installata sul lato operativo del nuovo Space Camp dell'US Space and Rocket Center (sotto). Create utilizzando scansioni digitali della luna, le facciate mostrano una sorprendente fedeltà alla superficie lunare. Lo stampo positivo del motivo lunare è stato stampato in 3D e poi dipinto con un materiale in stucco.
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△Il nuovo muro lunare stampato in 3D di Branch Technology è installato sul lato della nuova operazione del campo spaziale del US Space and Rocket Center
Parti industriali e metalliche
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△La stampante 3D in metallo Stargate di Relativity Space
●Il produttore di razzi Relativity Space afferma che il suo razzo stampato in 3D Terran 1 è la più grande struttura stampata in 3D di sempre, è alta 35,2 metri e ha un diametro di 2,3 metri. Il razzo di nuova generazione dell'azienda, il Terran R, è altrettanto grande. Entrambi sono stampati in 3D su metallo proprietario utilizzando la stampante 3D Stargate dell'azienda, utilizzando la tecnologia di deposizione di energia diretta robotica. Relativity Space ha affermato che la capacità del razzo di resistere allo stress del lancio è stata una grande vittoria, dimostrando l'integrità strutturale del suo metodo di stampa 3D in metallo.
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△La regina Maxima dei Paesi Bassi ha ufficialmente aperto il ponte di stampa 3D in metallo MX3D.
●Il ponte di metallo sul canale di Amsterdam progettato dal laboratorio di Joris Laarman è stato stampato da MX3D utilizzando la tecnologia di produzione additiva ad arco robotico. Il 12-"ponte intelligente" in acciaio inossidabile lungo un metro include una rete di sensori incorporata per aiutare i ricercatori di Amsterdam a studiare il ruolo dei sistemi IoT nell'ambiente costruito. Sviluppata utilizzando tecniche di progettazione generativa e ottimizzazione della topologia, la struttura è estremamente leggera. Il ponte MX3D mostra anche l'applicazione della stampa 3D in metallo nell'arte e nella scultura.
●Di seguito un'altra opera di stampa MX3D installata dagli artisti Mariagrazia Abbaldo e Paolo Albertelli a Torino, Giardino Reale d'Italia. Soprannominata "The Whale Passage", la scultura di 880 kg mostra le pinne di una balena che passa da terra. Tutti i modelli realizzati durante questo progetto sono stati stampati in 3D.
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△"Whale Pass" è stato progettato da Mariagrazia Abbaldo e Paolo Albertelli e stampato in 3D da MX3D
●La stampa 3D in metallo di grandi dimensioni può essere utilizzata in molti settori, con aziende del settore marittimo, petrolifero e del gas e delle attrezzature per l'edilizia pesante in grado di produrre parti di grandi dimensioni più rapidamente, spesso in loco. Ad esempio, l'elica marina sottostante è stata stampata in 3D utilizzando la tecnologia WAAM per produrre una forma quasi netta, che è stata poi lavorata con tolleranze più strette. In questo caso, WAAM sostituisce la forgiatura e può essere eseguita più vicino a dove è necessario, utilizzando meno materie prime.
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△Questa elica marina è uno dei primi esempi di applicazione industriale della tecnologia WAAM
●La stampa 3D del metallo può anche ridurre il peso delle parti, perché la stampa 3D può produrre forme che non possono essere ottenute mediante forgiatura o fusione. La parte del carrello di atterraggio dell'aereo (sotto), che misura 455 x 295 x 805 mm, è la prima parte stampata al mondo in 3D con fusione a letto di polvere laser, secondo il produttore di stampanti SLM Solutions. Non solo la parte è più leggera del 15% rispetto alle tradizionali parti forgiate, ma la tecnologia riduce anche i tempi di consegna. Poiché il componente fa parte di un sistema che trasferisce i carichi dalle ruote alla struttura del velivolo, è realizzato in titanio per maggiore resistenza. La scelta dei materiali conferisce alla parte forti proprietà meccaniche pur essendo resistente alla corrosione senza la necessità di un rivestimento, stampata utilizzando una stampante quad-laser SLM 800 3D. "La produzione additiva aiuta a risparmiare tempo nella fase di qualificazione e certificazione consegnando rapidamente le parti per i test. Siamo in grado di produrre i componenti principali in pochi giorni, l'utilizzo del processo di forgiatura richiede diversi mesi."
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△ Parti del carrello di atterraggio anteriore stampate in 3D per jet privati
La stampa 3D di stampi di grandi dimensioni per la fusione di parti metalliche è un'importante applicazione della stampa 3D su larga scala. Per le parti metalliche industriali che devono essere colate, la fase di realizzazione dello stampo è laboriosa e richiede tempo. Con le stampanti 3D in sabbia, i produttori possono stampare in 3D fusioni e stampi in sabbia direttamente senza la necessità di modelli in scala reale. La VX4000 di Voxlejet è la stampante 3D per colata in sabbia più grande al mondo e utilizza la tecnologia del getto di legante per produrre non solo enormi stampi, ma migliaia di essi in un unico processo di stampa.
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△Stampante VX4000 di Voxlejet (Fonte: Voxeljet)
mobili e veicoli
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△Una sedia realizzata in un unico pezzo utilizzando una stampante WASP 3D.
●Anche gli interior designer stanno gradualmente scegliendo la stampa 3D di grande formato per realizzare progetti complessi e l'uso di materiali unici. I polimeri, in particolare la plastica riciclata, sono i materiali più comunemente usati per i mobili stampati in 3D, ma possono essere utilizzati anche cemento e metallo. Questo banco di scuola a misura di bambino in Gambia (sotto) è un esempio di stampa 3D che risponde a un'esigenza pratica. Leggero e resistente, questo design può essere prodotto con plastica riciclata, risolvendo anche il problema dei rifiuti di plastica. Il modello è stato stampato su una stampante 3D Magnum presso The Industry Sweden in plastica PETG, comunemente usata nelle bottiglie per bevande.
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△ Prototipi di banchi per testare il concetto di mobili scolastici stampati in 3D in Gambia, possibilmente utilizzando plastica riciclata
●Ci sono innumerevoli esempi di bellissime sedie e tavoli stampati in 3D, tra cui la deliziosa collezione di tavolini bassi di NYXO Visionary Design (sotto) realizzati in PLA espanso leggero stampato su una stampante 3D Colossus XS.
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△La serie di tavoli scultura Primavera è stata progettata dallo studio di architettura e design del prodotto NYXO Visionary Design con sede a Dubai e stampata utilizzando ColorFabb PLA su una stampante Colossus XS (Fonte: Colossus)
Ad entrare nel Guinness dei primati sia come la più grande barca stampata in 3D che come il più grande oggetto stampato fisicamente in 3D fino ad oggi è la barca stampata in 3D nella foto qui sotto, che è lunga 7,72 metri. La barca è stata stampata nel 2019 dal Center for Advanced Structures and Composites dell'Università del Maine. È fatto di plastica e cellulosa di legno. Ci sono volute solo 72 ore per stampare in 3D e pesa 2,2 tonnellate.
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△Una barca a grandezza naturale completamente stampata in 3D prodotta dall'Università del Maine
●Anche i produttori di biciclette hanno scelto la tecnologia di stampa 3D per risolvere i problemi di saldatura nella loro catena di produzione. Un telaio stampato in 3D in un unico pezzo non solo fa risparmiare tempo, ma consente nuovi gradi di libertà di progettazione non limitati dai giunti strutturali. Il produttore di biciclette ha prodotto modelli in compositi di titanio, acciaio e fibra di carbonio. La e-bike con telaio in acciaio sottostante di Urwahn è stata prodotta in serie utilizzando la stampa 3D in metallo per ottenere un equilibrio tra forma, funzionalità, costruzione leggera e materiali. Speciali elastici posteriori sospendono le ruote posteriori e generano un nuovo tipo di comfort di marcia, mentre il telaio in acciaio integra il motore e la batteria, afferma l'azienda.
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△ Bicicletta elettrica con telaio in acciaio stampato in 3D di Urwahn
Suggerimenti per la progettazione e software per stampe di grandi dimensioni
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△La 30-statua stampata in 3D alta un metro è assemblata da 365 singole parti stampate in 3D e ciascuna parte impiega 28 ore per essere stampata su 55 3stampanti D
La stampa 3D in un unico pezzo è spesso l'ideale perché elimina il lavoro di assemblaggio, accelera la produzione e migliora l'integrità strutturale perché non ci sono giunture o superfici. Tuttavia, se l'oggetto stampato è così grande da dover essere diviso in più parti, come si suddivide il modello in stampe 3D?
●Per completare la stampa 3D di grandi dimensioni, è possibile dividere il modello direttamente nel software CAD (come Fusion360 o Solid Works), che ha il vantaggio di consentire di progettare alcuni ausili per l'assemblaggio e l'allineamento, come chiodi, protuberanze e scanalature, labbra, o fori e fessure;
●Se hai solo intenzione di incollare insieme oggetti di grandi dimensioni o utilizzare viti (solo per materiali più resistenti come il nylon caricato con fibra di carbonio), puoi lasciare l'operazione di divisione a uno strumento affettatrice come Cura. La segmentazione è veloce e automatizzata utilizzando gli strumenti mesh di Cura;
● Quando si segmenta manualmente il modello digitale, evitare di passare direttamente attraverso le aree di dettaglio o le aree di supporto. evitare di dividere nel punto più debole del disegno,
Vale a dire quelle aree che sono molto più sottili rispetto al resto del modello.
La migliore stampante 3D di grandi dimensioni
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Stampante △GEFERTEC Arc60x WAAM Metal 3D (Fonte: Gefertec)
Se desideri utilizzare una stampante 3D per creare parti come parti in plastica di grandi dimensioni, oggetti di scena e insegne, puoi utilizzare stampanti 3D a filamento di grande formato, che sono essenzialmente le stesse delle stampanti desktop a filamento. Alcune stampanti possono stampare con materiali durevoli di livello tecnico.
Se vuoi diventare più grande delle più grandi stampanti FDM (più 1.600 x 1.200 x 1.300), avrai bisogno di una stampante 3D a braccio robotico, un braccio robotico con una testa di estrusione attaccata all'estremità. Possono essere posizionati su binari o gantry sopraelevati, quindi in teoria è possibile stampare alla dimensione dei binari disponibili. Il Guinness World Record per la più grande stampante 3D è un gruppo di teste di estrusione a portale presso l'Università del Maine, che può raggiungere i 30,000 x 6.700 x 3,000 mm. Tuttavia, questa stampante non è in vendita. Un altro vantaggio delle stampanti a braccio robotico è che spesso stampano utilizzando polimeri in una forma di pellet più economica
Le stampe 3D in resina generalmente non possono essere più grandi di 1,000 mm, con poche eccezioni come Kings 1700 Pro e 3D Systems ProX 950 a causa dei tempi di stampa estremamente lunghi. La resina di solito richiede più tempo dell'FDM.
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△ La stampante 3D in calcestruzzo di medie dimensioni eccelle nelle applicazioni artistiche di grande formato
Le stampanti 3D per calcestruzzo sono un mercato in forte espansione, non solo per la costruzione di case, ma per qualsiasi tipo di cassaforma in calcestruzzo, mobili, costruzioni e persino vasi per piante e sculture. La stampa 3D di parti metalliche molto grandi viene spesso ottenuta con una tecnica di stampa 3D a deposizione di energia diretta come la produzione additiva ad arco elettrico (WAAM). Questi metodi utilizzano una testina di stampa 3D montata su un braccio robotico, che ha un'ampia portata ed è limitato solo dalle dimensioni del braccio.
