Stampa 3D: le tendenze dei materiali nel 2021

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Dopo le difficoltà del 2020, il comparto della stampa 3D si appresta a chiudere l’anno in corso in modo positivo, non solo per il trend favorevole del mercato ma anche per gli sviluppi tecnologici. Nel report 3D Printing and Additive Manufacturing 2020-2030 la società internazionale di consulenza e ricerche di mercato IDTechEx ha preso in esame diversi micro comparti – polimeri, ceramica, compositi e produzione additiva di metalli – identificando le tendenze e le opportunità più interessanti per il 2022.

Cresce l’interesse per i polimeri green

La sostenibilità è uno dei principali punti di forza dell’additive manufacturing perché permette di fabbricare solo le parti di cui si ha bisogno, on-demand, riducendo il consumo di materie prime, gli alti costi e i lunghi tempi di lavorazione associati a una produzione tradizionale con stampo. Vantaggi che possono essere rafforzati utilizzando polimeri “green”. Dopo essersi concentrati prevalentemente sullo sviluppo di materiali ad alte prestazioni tecniche, come i polimeri a base di carbonio, oggi molti produttori stanno guardando ad aspetti come riciclabilità e la riutilizzabilità.

La brasiliana Braskem, ad esempio, ha avviato una collaborazione con la statunitese Vartega finalizzata allo sviluppo di un filamento in polipropilene contenente il 100% di fibra di carbonio riciclata. La collaborazione rientra in un nuovo programma per il riciclo di filamenti in fibra di carbonio che mira a coinvolgere gli utilizzatori finali. Fillamentum, invece, ha recentemente lanciato NonOilen, un filamento polimerico biodegradabile al 100% composto da acido polilattico (PLA) e poli idrossi butirrato (PHB).

La strada della sostenibilità viene percorsa anche dai produttori di macchine e tecnologie. Materialise, ad esempio, nel 2021 ha lanciato Bluesint PA 12, una polvere per la stampa 3D fatta al 100% di polvere riutilizzata. L’obiettivo di Bluesint PA 12 è quello di diminuire lo spreco di polvere nella sinterizzazione laser selettiva, che trasforma fino al 50% della polvere nel letto in rifiuti.

I materiali ceramici

La tendenza generale per la stampa 3D ceramica nel 2021 è stata il lancio di una varietà di nuovi materiali attraverso diverse tecnologie. Questi materiali provengono da tre luoghi principali, il primo dei quali sono le aziende di stampa 3D che entrano nella stampa 3D ceramica per la prima volta. Ad esempio, Boston Micro Fabrication, che si concentra sulla micro stampa 3D con la loro tecnologia di micro-stereolitografia a proiezione, ha rilasciato una resina di allumina ad alta temperatura per componenti in microceramica.

L’altra fonte di nuovi materiali ceramici per la stampa 3D proviene da aziende chimiche o di materiali; in particolare, queste aziende erano minimamente coinvolte nella stampa 3D prima del rilascio di questi materiali. Per esempio, la divisione Green Polymer Additives della società americana Emery Oleochemical ha sviluppato un sistema di legante polimerico che può essere utilizzato per la stampa a estrusione di filamenti metallici o ceramici. Inoltre, GC Advanced Materials Solutions, con sede a Hong Kong, ha qualificato le polveri di silice e mullite che possono essere utilizzate con un legante polimerico (come quello sviluppato da Emery) per creare filamenti di ceramica per la stampa a estrusione.

L’ultima fonte di nuovi materiali è arrivata attraverso partnership strategiche. La prima è stata tra AGC Chemicals e il produttore di stampanti a getto di legante voxeljet. AGC aveva precedentemente prodotto un additivo di silice per la stampa 3D, ma questa era la loro prima ceramica tecnica sviluppata per la stampa 3D. Le due aziende hanno lavorato insieme per creare Brightorb, una polvere ceramica ad alte prestazioni specifica per gli stampi e i gusci di microfusione.

La seconda partnership è stata tra la start-up di compositi Fortify e Tethon 3D, una società specializzata in materiali ceramici per la stampa 3D. Hanno sviluppato resine di allumina ad alta purezza e silicato di alluminio per le stampanti Flux Core di Fortify, che sono fatte per gestire resine fotopolimeriche riempite. Le due aziende intendono sviluppare resine ceramiche più tecniche in futuro.

L’aspetto degno di nota è che nessuna delle aziende citate non si era mai occupata di stampa 3D di materiali ceramici in precedenza. DTechEx interpreta questo aspetto come un possibile segnale di uno sviluppo futuro del segmento, quindi come una tendenza da monitorare nel 2022.

Compositi per la stampa 3D

Negli ultimi anni, c’è stato un certo numero di partnership formate per promuovere lo sviluppo della tecnologia, dei materiali e dell’adozione della stampa 3D con i compositi. La formazione di partnership è continuata senza sosta nel 2021, soprattutto con un’enfasi sulle collaborazioni per lo sviluppo dei materiali. La partnership Braskem e Vartega precedentemente citata è solo una di queste.

Solvay ha stretto una partnership con 9T Labs, una start-up svizzera che ha creato un sistema di stampa composito ibrido che combina la stampa 3D con lo stampaggio, e la partnership con il produttore di polimeri mira a sviluppare il portafoglio di materiali Solvay come CF-PEEK, PA rinforzato con CF e CF-PPS per le stampanti 9T Labs. Un’altra partnership interessante è quella tra la multinazionale giapponese Ricoh e Impossible Objects, una start-up che produce compositi attraverso la laminazione di fogli. La laminazione di fogli è una tecnologia AM di nicchia in cui operano pochissime aziende.

La tendenza emergente in questo segmento è la collaborazione tra importanti aziende (ad esempio, Solvay, Ricoh e Owens Corning) che propongono tecnologie e materiali consolidati con start-up.

L’estrusione di metalli legati

L’estrusione di metallo legato BME, conosciuta anche come estrusione di filamenti di metallo-polimero, o MPFE) ha ricevuto una grande attenzione negli ultimi anni. Nel 2021, i leader di mercato, come Desktop Metal e Markforged, hanno accelerato la loro espansione con fusioni e acquisizioni, e dall’altro sono entrati nel segmento BME nuovi attori portando interessanti novità. Anche la stampa 3D di metalli, quindi, è per IDTechEx un comparto da monitorare nel 2022.