Dai bit agli atomi - Frankenstein Garage

Mandelli Laura
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INDICE
Introduzione
Dalla stampa 2D a quella 3D
Ma cosa sono le stampanti 3D?
A cosa servono
Come funzionano
Quali materiali vengono utilizzati
3D Printing Food
Chi sono i Maker - FabLab
Conclusioni
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INTRODUZIONE
“Si è rotto lo sportello del detersivo della lavatrice, ma il pezzo di ricambio è introvabile”.
“Non preoccuparti, scarico il file da Internet e lo stampo subito”.
Questo tipo di conversazione potrebbe avvenire tra qualche anno. Protagonista della nuova
rivoluzione tecnologica sono le stampanti 3D, nate sul finire degli anni ottanta per un uso
industriale, a partire dal 2005 sono stati costruiti i primi prototipi di macchine open source a basso
costo che possono essere utilizzate da un vasto pubblico e anche grazie all’utilizzo della rete si
stanno diffondendo sempre di più.
Ho deciso di approfondire questo argomento perché la prima volta che mi hanno mostrato una
stampante 3D in funzione sono rimasta stupita delle potenzialità che tale macchina/robot può
avere se usata correttamente. Essa mostra l’unione perfetta tra creatività e innovazione. La prima
volta che ho sentito parlare dell’ argomento è stato durante la scorsa estate, da allora ad oggi vi
sono stati molti cambiamenti sulla stampante 3D, delle cui potenzialità un numero sempre
maggiore di persone sta acquisendo consapevolezza di questa nuova tecnologia, ciò è dimostrato
anche dal fatto che è facile trovare su riviste e quotidiani articoli che parlano di questa tecnologia
rivoluzionaria.
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DALLA STAMPA 2D A QUELLA 3D
L’uomo ha ben radicata in sé l’esigenza di comunicare, di diffondere il proprio messaggio, di
lasciare una testimonianza tangibile e duratura del proprio pensiero. Per questo, dopo millenni di
trasmissione esclusivamente orale o figurata, è venuta a manifestarsi l’esigenza di trovare metodi
pratici ed efficaci per riprodurre gli scritti in serie. La prima riproduzione di un testo su carta risale
tra l’VIII e il IX secolo, in Cina. Con il passare del tempo le tecniche sono state perfezionate,
portando così alla nascita dell’editoria moderna. Una vera e propria rivoluzione, passata per
macchine a caratteri mobili e motori a vapore, fino ad arrivare alle cartucce a getto d’inchiostro e
agli apparecchi laser.
La prossima metamorfosi del settore, a dire il vero già in atto, è rappresentata dall’avvento delle
odierne stampanti 3D. Il loro compito non è più quello di imprimere un’immagine o un testo su un
materiale piano, bensì di dar vita a qualsiasi oggetto in tre dimensioni. Non si crea superficie, ma
volume: ed è in questo la rivoluzione.
COSA SONO LE STAMPANTI 3D
Una stampante 3D è una macchina che permette di realizzare fisicamente un oggetto solido
partendo da un modello digitale dell’oggetto medesimo, realizzato con un software di
modellazione 3D, passando in questo modo dall’ idea al prodotto. La stampa tridimensionale di un
oggetto si ottiene tramite il processo di produzione additiva di materiale, ossia la sovrapposizione
dei diversi materiali in strati; è una procedura inversa a quella utilizzata nei tradizionali sistemi di
fabbricazione (produzione sottrattiva), in cui l’oggetto viene ricavato da operazioni di taglio e
perforazione di un blocco di materiale iniziale.
Figura 1 Stampante 3D modello Sharebot
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A COSA SERVONO
L’ambito d’azione delle stampanti 3D è stato fin dall’inizio quello industriale. Questo tipo di
macchinario può infatti essere impiegato per la realizzazione di prototipi in modo relativamente
rapido e poco costoso. Ciò consente ad ingegneri e designer di toccare con mano le loro creazioni,
senza bisogno di avviare un vero e proprio processo produttivo.
Negli ultimi anni le cose sono un po’ cambiate. La stampa 3D non è più un’esclusiva delle grandi
aziende ma ha raggiunto anche l’ambito domestico: l’ambiente di utilizzo è molto ampio e
riguarda diversi settori come la medicina, la moda e quello culinario.
In ambito sanitario, da alcuni anni si stanno studiando soluzioni per realizzare protesi e tessuti che
possano essere impiantati nei pazienti. L’idea è di usare la stampa 3D per creare modelli
personalizzati, in modo che si adattino al meglio a chi li dovrà utilizzare.
Gli organi stampati in 3D saranno il futuro della medicina e potranno far dimenticare problemi di
rigetto e ovviare alla necessità di dover attendere la disponibilità da un donatore, per ora l'unico
limite è il mantenimento in vita degli organi che necessitano una corretta alimentazione da parte
dei vasi sanguigni. Recentemente una start-up specializzata in tecnologie bio-mediche ha
stampato un fegato artificiale (ottenuto da cellule vive) con una 3D printer, che ha funzionato per
40 giorni filtrando tossine e medicine. I ricercatori dell'Università di Priceton, negli Stati Uniti,
hanno realizzato un orecchio umano stampato in 3D, costituito da cellule bovine che ne formano il
tessuto e da un'antenna in nanoparticelle d'argento che ha il compito di trasmettere le onde
sonore, che saranno poi trasformate in suono dal cervello, all'intero apparato uditivo.
Figura 2 Primo orecchio umano stampato in 3D
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L’utilizzo di stampanti 3D in ambito protesico si divide a sua volta in due campi di applicazione: la
creazione di protesi articolari (ad esempio l’articolazione del ginocchio o dell’anca) che possano
andare a sostituire quelle umane e la stampa di arti artificiali per gli amputati. Una donna che
aveva perso l’uso delle gambe è ritornata a camminare grazie a una protesi realizzata con una
stampante 3D; per ottenere il supporto su misura la protagonista è stata passata ad uno speciale
scanner tridimensionale che ha ottenuto un immagine dettagliata del corpo, questo ha permesso
di avere maggiori dettagli per poter stampare un arto che si adattava perfettamente alla paziente.
Le stampanti sono state inoltre usate da alcune persone per esprimere la propria creatività come
nel caso di una stilista olandese che ha vestito le sue modelle con abiti stampati interamente in tre
dimensioni, ma non è stata l’unica infatti molti suoi colleghi sostengono che grazie a queste
stampanti si riescono a ottenere abiti privi di cuciture e fatti su misura. Le stampanti 3D
permettono inoltre di poter realizzare delle miniature di se stessi: attraverso uno scanner 3D o
fotografie realizzate da diverse angolazioni si ottiene una copia perfetta digitalizzata della persona
e ne viene stampata la miniatura.
Figura 3 Abito della stilista olandese Van Harpen stampato in 3D
Le potenzialità della stampa 3D come descritto sono molte, grazie a essa infatti si possono
costruire oggetti che richiedono una meccanica di precisione e un’elevata resistenza agli sforzi;
tuttavia ha suscitato molto scalpore l’esperimento della società Solid Concepts che ha dimostrato
la possibilità di poter produrre a chiunque sia in grado la propria pistola. La società, stampando
una pistola ha voluto dimostrare che la stampa 3D è in grado di creare non solo forchette e
cucchiai, ma anche oggetti che richiedono una meccanica piuttosto precisa e complicata e che
devono resistere a un certo sforzo. Questa dimostrazione ha avuto forti contestazioni, ma si sono
diffusi in poche ore diversi progetti per stampare queste armi.
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COME FUNZIONANO
Le stampanti 3D operano in modo analogo alle stampanti tradizionali, aggiungendo la terza
dimensione per creare oggetti solidi (modelli, prototipi, oggetti finiti): si possono creare oggetti in
plastica a nostro piacimento, riparare quelli che si sono rotti e che ormai non vengono più
prodotti. La stampa avviene attraverso un processo produttivo di tipo additivo: la stampante
fonde un materiale plastico e lo deposita, strato dopo strato fino a realizzare l’oggetto completo.
Questo tipo di tecnologia si chiama FDM (Fused Deposition Modeling) e attualmente è la più
accessibile ed economica.
La stampa di un oggetto è un processo governato dal computer. Il flusso di lavoro inizia con il
disegno del progetto con un software di modellazione tridimensionale (123Design, Blender) che
sia in grado di esportare il file del modello in formato stl. Durante la fase di progettazione bisogna
fare attenzione alle tolleranze, cercando di lasciare lo spazio sufficiente per i movimenti delle
parti. I modelli si possono generare anche partendo da fotografie attraverso scanner 3D. Il mondo
della stampa 3D ha avuto una grande diffusione grazie alla rete, infatti è molto diffusa tra i maker
la filosofia della condivisione: sul web si possono trovare numerosi modelli gratuiti già pronti per la
stampa, un esempio di questo servizio è offerto da Thingiverse, basta collegarsi al sito e scaricare i
file dei progetti preferiti.
Dopo avere ottenuto il file Stl, il passaggio successivo consiste nell’importazione del file nel
software di gestione della stampante che analizzerà il disegno e correggerà gli eventuali errori.
Una delle caratteristiche dei modelli che andranno stampati è quella di essere water tight,
letteralmente impermeabili, ovvero non ci devono essere buchi.
Uno dei formati più comuni per i modelli 3D è l’STL; le stampanti però, non lo possono utilizzare
direttamente, quindi deve essere prima convertito in una sequenza di comandi che producono
movimenti e azionamenti. Il linguaggio per questi comandi si chiama G-code.
I G-code sono codici standard per il pilotaggio delle macchine: nella stampante c’è una scheda
elettronica con microcontrollore in grado di ricevere o leggere questi codici e trasformarli in
movimenti.
L’oggetto è realizzato su un piano che si muove in direzione verticale. Un estrusore (una specie di
pistola per la colla a caldo), si muove lungo gli assi x e y, e fonde un materiale plastico che deposita
sul piano, strato dopo strato. Gli oggetti che vengono stampati non hanno grandi dimensioni
perché l’area di stampa è limitata tuttavia se è necessario stampare oggetti che superano le
dimensioni dell’area di stampa (solitamente 20x20x20 cm) basta modificare il modello dell’oggetto
in questione per suddividerlo in più parti da assemblare in seguito.
Alcune stampanti come la RepRap si basano sulla piattaforma hardware open source Arduino, con
schede aggiuntive per il controllo dei motori passo-passo.
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Arduino è una schedina elettronica con un circuito stampato che integra un microcontrollore con
pin connessi alle porte I/O, un regolatore di tensione e quando necessario un’interfaccia che
permette la comunicazione con il computer. Arduino è fornito con un semplice ambiente di
sviluppo integrato per la programmazione, questo software permette di scrivere programmi con
un linguaggio derivato da C e C++ chiamato Wiring, liberamente scaricabile e modificabile.
Figura 4 Produzione additiva
QUALI MATERIALI VENGONO UTILIZZATI
La tipologia del materiale impiegato dipende dal tipo di stampante a disposizione. Si tratta
principalmente di sostanze termoplastiche: nelle stampanti che utilizzano la tecnica FDM i due
materiali più diffusi sono l’ABS (acrilonitrile-butadiene-stirene) e il PLA (acido polilattico) i secondi
sono però a volte preferiti per la loro migliore resistenza alle sollecitazioni meccaniche.
Le “cartucce” di stampa sono composte nella maggior parte dei casi da filamenti avvolti in bobine
e il loro costo è estremamente variegato così come è difficile una valutazione complessiva del
costo di stampa.
Figura 5 Filamento in PLA per stampanti 3D
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3D PRINTING FOOD
Some 3D printers can print food: many companies are studying different techniques that can
transform the way we eat. It can sound strange but is the scenery that we will see in a few years in
fact you can already use these prints but they are very expensive. You can choose the kind of food
you want to print, the ingredients and the shape that your food will have. With a click and just
pushing a button you can prepare the dinner squeezing out food layer by layer from the 3D printer.
Barilla is studying a new machine to print pasta in restaurants; you will draw your customized food
and then send it via e-mail or put it on USB and print it at the restaurant. It can be a good idea for
special occasions like anniversaries or parties.
Nasa has granted $125,000 to develop a pizza printer that bring down the laws of gravity, the
astronauts can use it onboard a space vehicle. The prototype uses powered food, oil, tomato: it
first prints a layer of dough and then tomato; last it prints a layer that should look and taste like
cheese.
The astronauts will use 3D printers also to print objects and tool that usually are sent from the
earth this is very important in order to minimize garbage in space.
Figura 6 3D pizza
Foodini is the first 3D printer for foodstuffs built by Naturals Machine; the target of its makers is to
save time in prepare meal.
The machine uses open capsules that users load up with foodstuffs of their choice. Food has to be
of the right texture to print so it can be squeezed through the Foodini pipes; you can also use prepackaged food capsules. The print time per dish apparently varies depending on factors such as its
complexity and the number of ingredients it contains. After the print you can eat the food
immediately or after coking, it depends of the food .
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The Foodini has a touchscreen on the front and the integrated application connects it to an online
community site where users will have access to a personalized online recipe box (favorites), and
the possibility to upload and share their own recipe creations. Once the user chooses the recipe he
want print, Foodini will instruct what food to put in each capsule, and then printing can begin. The
users can also choose the shapes, and the print layout. At the moment the machine is at the
prototype stage but at the beginning of 2015 the first Fodini will be sold at $2000.
If the common people like this invention because they think they can have more free time, chefs
and cake designers think that it can be dangerous for their jobs because the machines offer the
possibility to customize the food. However some of them claim that the printers will not be able to
work as perfectly as pastry chefs and especially the texture and the taste of a good cake will never
be like those of a printed cake.
The German company Biozoon is planning a printer that can print very digestible food, that melts
in your mouth, but with taste, smell and shape which is as the real food. The target is to help
people who are sick and who have difficulty in swallowing; if the larynx does not close properly the
food risks turned up in the lungs instead of the stomach to cause serious health complications. So
the people with this problems are obliged to feed on liquefied foods and baby foods. This 3D
printer uses cartridges with liquid food which is added the jelly, so a printed steak looks like a
standard steak, but at first bite it will melt in your mouth. The project will be ready in 2015.
Figura 7 3D printer at working
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CHI SONO I MAKER
Protagonisti di questa nuova rivoluzione sono i maker: persone che provano piacere nel costruire
oggetti personalizzandoli con le loro idee, tecniche e inventive. Il maker può essere considerato
come un artigiano che svolge il proprio lavoro ma lo fa con l’utilizzo di nuove tecnologie. La
cultura dei maker è fortemente legata al movimento dell’open source: le risorse e le idee sono
condivise e accessibili a tutti.
FABLAB
Il fablab letteralmente “laboratorio di fabbricazione” è una piccola officina che offre servizi
personalizzati di fabbricazione digitale, un luogo che dà la possibilità di trasformare un’idea in
qualcosa di concreto; esso può essere considerato come la palestra dei maker che qui infatti
possono accrescere la loro cultura, mettendo in pratica le loro invenzioni e collaborando con altre
persone.
Il FabLab è uno spazio aperto al pubblico, dotato di strumenti di produzione e mettendo alla
portata di tutti attrezzature che prima erano soltanto delle aziende, consente a chiunque abbia
un’idea di realizzarla fisicamente. Gli utenti sono privati, studenti, ricercatori, ma anche piccole e
medie imprese e società pubbliche come le scuole. Offrono inoltre servizi di workshop e la
possibilità di frequentare corsi di formazione.
Per i FabLab, il prefisso Open- è fondamentale. Tutto quello che si fa e si crea in questi laboratori
deve essere mantenuto accessibile e disponibile, tutti devono poter dare il proprio contributo e
tutti devono poter usare ciascun progetto come un’occasione di crescita ed esercizio. La FabLab
comunity si basa su alcune regole fondamentali: a) essere accessibile al pubblico; b)partecipare
alla rete globale dei FabLab; c) garantire la disponibilità di strumenti e processi condivisi. Le
apparecchiature presenti in queste botteghe sono: stampanti 3D, laser cutter, frese cnc, materiali
elettronici e schede di fabbricazione Arduino.
Questi laboratori sono in crescita e rappresentano un’occasione di investimento pubblico-privato;
il primo è nato a Torino nel 2011 e da allora il format si è diffuso velocemente in tutta la nazione
oggi in Italia se ne contano più di 40 anche se alcuni di essi non rispettano tutte le regole della
comunity, hanno adottato tutti la filosofia dei maker.
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CONCLUSIONI
Questa nuova “rivoluzione” delle stampanti viene spesso indicata come metamorfosi nel settore
della produzione; infatti il loro compito non è più quello di imprimere un’immagine o un testo su
un materiale, bensì dar vita a un qualsiasi oggetto in tre dimensioni. Non si crea superficie, ma
volume: ed è in questo la rivoluzione.
Nei prossimi anni le stampanti 3D continueranno il loro percorso di evoluzione, passando per una
diffusione sempre più capillare spinta anche da un’ulteriore riduzione dei prezzi. Probabilmente
accadrà ciò che è accaduto con le più tradizionali stampanti: in seguito ad una saturazione del
mercato il business si è gradualmente spostato dalla vendita dei dispositivi a quella delle cartucce,
in questo caso, il materiale impiegato per la creazione dei modelli.
Con ogni probabilità verranno sviluppati nuovi materiali di stampa e troveranno spazio sistemi di
vendita, distribuzione e scambio di modelli 3D: in tal senso stanno già nascendo iniziative come 3D
hubs, un social network ideato per mettere in contatto chi è in possesso di una stampante con chi
ha la necessità di usarla. Sarà inoltre possibile migliorare ulteriormente il software, semplificando
la fase di progettazione in modo da renderla accessibile a tutti.
Cambierà in questo modo la produzione: si assisterà cioè al passaggio dalla produzione di massa
ad una customizzata (letteralmente personalizzata), ovvero fatta su misura del cliente.
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BIBLIOGRAFIA
• A.MAIETTA E P.ALBERTI, Il manuale del maker, Milano, 2013
• PC Professionale, luglio 2013
Articoli di giornale
SITOGRAFIA
• http://it.wikipedia.org/wiki/Stampa_3D
•
http://www.ilpost.it/2014/05/20/stampanti-3d
• http://www.businessweek.com/articles/2014-01-28/all-the-food-thats-fit-to-3d-print-from•
chocolates-to-pizza
http://www.blender.it/stampa3d.pdf
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