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Stampanti 3D: un confronto

Ritratto di francesco.biaggini
Top Contributor DDU
24 Ottobre 2017

Stampanti 3D: un confronto

Francesco Biaggini
Digital Specialist, La Spezia
www.abutmentcompatibili.com

 

Sicuramente gli incentivi per l’industria 4.0 sono stati un bell’aiuto per il settore stampanti 3D, settore che traina e viene trainato da prodotti come gli scanner intraorali, i sistemi CAD/CAM, la chirurgia guidata e tanti altri ancora. Come già visto per il mercato dei CAD/CAM la confusione e la cattiva informazione sta creando non poche difficoltà a tutti quei laboratori o cliniche che stanno valutando l’acquisto di una stampante 3D. Tecnologie diverse e caratteristiche diverse, permettono lavorazioni differenti.

E’ estremamente difficile, al di sotto di certe cifre trovare un prodotto che permetta la realizzazione di lavorazioni profondamente diverse tra loro come modelli da protesi o implantologia, cappette calcinabili , scheletrati e dire chirurgiche, magari con tempi di stampa e costi delle resine contenuti.

Allora si deve tentare di capire cosa vogliamo ottenere da una stampante 3D, quale livello di precisione stiamo cercando, che necessita’ ci sono nelle tennistiche di stampa stesse, piccole producioni o grandi produzioni?

 

Lo scopo della nostra prova è proprio cercare di capire le reali caratteristiche e potenzialita’ di tre tra le stampanti 3D oggi più apprezzate e vendute:

- Form2 (Fig. 1)

Fig. 1

-  XFab (Fig. 2)

Fig. 2

- Shera D40 (Fig. 3)

Fig. 3

Queste stampanti posseggono caratteristiche e prezzi differenti tra loro, la nostra scelta è ricaduta su di loro solo perchè sono tra le più vendute in Italia e perchè le consideriamo interessanti da valutare nel loro posizionamento sul mercato, prodotto base, prodotto intermedio, prodotto top di gamma.

Cerchiamo innanzitutto di capire le differenze tra le diverse tecnologie di stampa adottate dalle nostre tre stampanti 3D, tecnologia SLA e DLP.

Manifattura Additiva (AM), Stereolitografia (SLA) - è il processo di trasformazione di un fotopolimero sotto forma di resina liquida in un oggetto solido. SLA è la prima forma di stampa 3D inventata ed è ancora ampiamente utilizzata oggi, all'interno di una stampante SLA troverete 3 componenti chiave:

- La piastra di accumulo

- Il vassoio di resina

- Un laser

Durante il processo di costruzione, la piastra di accumulo si muoverà nella direzione del vassoio, dove la resina liquida viene caricata, in questo momento il laser si accende e polimerizza lo strato di resina interessato. Dopo che lo strato corrente è completato, la piastra di accumulo si allontanerà dal laser per ripetere il procedimento su un layer successivo, il sommarsi di strati di resina creeranno un oggetto solido tridimensionale. Lo spessore di questi strati o layer influenzerà la precisione e la finitura di superficie e il tempo di stampa. Lo spessore dei layer dipende dalle impostazioni dell’asse Z della stampante e dal livello di finitura che le viene richiesto dall’operatore. La stereolitografia o SLA è un ottimo e preciso metodo per stampare oggetti in 3D e può essere utilizzato in quasi tutte le lavorazioni odontotecniche grazie alla vasta gamma di materiali che possono essere utilizzati. Purtroppo, la stampa SLA non è un metodo particolarmente veloce per la stampa 3D in un ambiente di produzione.

 

CLICCA PER VEDERE IL VIDEO

 

Digital Light Processing (DLP) - la stampa DLP è un nuova forma di Manifattura Additiva (AM), in cui il processo, almeno in teoria, è quasi identico a quello della SLA. La fondamentale differenza è la fonte di luce che polimerizza la resina, invece che un laser come sulle stampanti SLA, viene usato un proiettore di luce. L’utilizzo di un proiettore nelle stampanti DLP dà un vantaggio importante rispetto alla stampa con laser, infatti, polimerizzando strati di resina, come visto precedentemente, non dovrà disegnare percorrendo tutto lo strato come fa una "matita” sottile ma proietterà contemporaneamente tutta l’immagine / layer permettendo un considerevole risparmio di tempo.

Sarebbe troppo facile, arrivati a questo punto, definire la stampa DLP la più adatta alle nostre esigenze: stessi materiali, tecnologia simile, risparmio di tempo… ma non possiamo dimenticarci che il settore dentale richiede, quasi sempre, livelli di precisione e dettaglio davvero molto stringenti. Ecco che il DLP mostra i suoi più grandi limiti proprio sul dettaglio e la precisione.

L’utilizzo di un laser come fosse una matita dalla punta finissima permette di stampare anche quei dettagli che in ambito consumer non sono importanti, ma in ambito odontoiatrico fanno la differenza. Anche la tecnologia DLP ha la possibilità di spingersi così nel dettaglio grazie a proiettori in altissima risoluzione ma, come vedremo, i costi inizieranno ad essere davvero elevati.

 

Nell’immagine (Fig. 4)

Fig. 4

vediamo come una riduzione progressiva del 30% dello spessore di un pennarello può creare 3 immagini simili, ma con livelli di dettaglio completamente differenti tra loro.

Iniziamo a definire, quindi, i campi di utilizzo di queste due tecnologie.

La SLA è una tecnologia che tende a coprire un po' tutte le richieste dell’odontotecnico, a seconda della precisione dei laser possiamo usare questa tecnologia per stampare modelli ortodontici, modelli protesici o implantologici, dime chirurgiche, cappette calcinabili o altre lavorazioni in cera da fusione come scheletrati o similari.

Il DLP è indicato per la realizzazione di modelli ortodontici in grandi centri di produzione, lavorazoni con richieste di precisione maggiore richiederebbero proiettori dall’altissima precisione, quindi in HD o superiori.

Le tre stampanti che abbiamo selezionato posseggono in due casi dei laser con dimensioni differenti, mentre solo una possiede un proiettore in HD. Proveremo ad assegnare un punteggio da @ (peggiore)  fino ad @@@ ( migliore ) in base alle caratteristiche tecniche valutate o in alcuni casi in base alla provenienza quindi alla distanza tra il prodottore e il mercato.

 

Chi produce le stampanti 3D e da quale paese viene?

XFAB prodotta da DWS con tecnologia SLA (ITALIA) @@@

Form2 prodotta da Formlabs con tecnologia SLA (USA) @

Shera D40 prodotta da Rapidshape (Germania) @@  

 

E i prezzi come sono?

XFAB costa 6,000€ compreso il software di stampa @@

Form2 costa 3,991€ @@@

Shera D40 costa 31,000€ @

 

Quanti pezzi posto stampare contemporaneamente?

XFAB Diametro 180 mm @@@

Form2 145x145 mm@@

Shera D40 110x62 mm @@

 

Il numero di pezzi dipende da come andremo a disporre gli oggetti sulla piattaforma di lavoro. La loro disposizione può influenzare la qualità del prodotto finale, quindi analizzeremo solo la dimensione della piattaforma.

 

Ma quanto è grande la sorgente luminosa?

XFAB Laser Ø50 micron @@@

Form2 Laser Ø140 micron @

Shera D40 Pixel 60 micron @@

 

La sorgente luminosa laser o pixel influenzerà il livello di dettaglio dell’oggetto stampato, quindi, è estremamente importante valutare questo valore, vi ricordate il pennarello con punta sottile o spessa?

 

Quanto sono spessi i layer che stampano?

XFAB da 10 a 100 micron, dipende dalla resina (stampato a 90) @@@

Form2 25,50,75,100 micron (stampato a 25) @@

Shera D40 Layer possibili 35,50,100 micron (stampato a 35) @@@

 

Esattamente come succede con le immagini al computer, maggiore è l’altezza del layer maggiore sarà l’effetto pixellato che avrà il nostro oggetto, ridurre lo spessore del layer aumenterà, però, il tempo necessario per stampare l’intero oggetto. Sul modello che è stato stampato con XFAB, abbiamo riscontrato un’alta qualità della superficie esterna del modello, sicuramente frutto della Ricerca&Sviluppo DWS che permette a XFAB di essere l’unica stampante con un layer reale di 90 micron otticamente paragonabile ad uno di 25 micron; personalmente lo definirei un Anti Alias 3D con una conseguente riduzione dei tempi di produzione decisamente importante (Fig. 5)

 

Fig. 5

L’utilizzo di layer a 90 micron, come suggerito dai tecnici DWS, permette anche di sfruttare meno il laser stesso, infatti, aumentare da 25 a 90 micron lo spessore del layer permette di ridurre il consumo/utilizzo della fonte luminosa del 75%. In parole povere, è come cercare di andare al mare da Milano a Varazze usando la 3° marcia oppure la 6°, secondo voi quale marcia stresserà meno il motore?

 

Quanto tempo ci metto a stampare?

XFAB 3 ore 40minuti @@

Form2 6 ore @

Shera D40 1 ora 50 minuti @@@

Il tempo di stampa dipende direttamente dallo spessore del layer e, se parliamo di SLA, anche dal numero di pezzi e dalla loro ombra sul layer stesso, per la tecnologia DLP dipenderà solo dallo spessore del layer dato che l’estensione del layer non influenza il tempo di solidificazione dello strato di resina. Infatti, Shera risulta nettamente vincente sulle altre due concorrenti.

 

Che resine usiamo per stampare e chi le produce?

XFAB Invicta 917 produzione DWS (Italia) @@@

Form2 Grey V3 produzione NexDent (Olanda) @@

Shera D40 Model Plus Grey produzione NexDent (Olanda) @@

 

Tutti i produttori di stampanti consigliano o obbligano ad usare le resine da loro selezionate o prodotte, quindi, se non vogliamo brutti scherzi, conviene farlo.

 

Come sono i layer stampati?

XFAB  @@@

Form2  @@@

Shera D40 @@@

 

Ottimo il layer a 25 e 35 micron di spessore di Shera D40 e Form2, ma sorprendente quello di XFAB, che con 90 micron ottiene un effetto “Anti Alias”  in 3D.

 

I monconi protesici sono precisi?

XFAB  @@@

Form2  @

Shera D40 @@@

Risultano molto buoni e con un ottimo fit quelli stampati su Shera D40 ( Ars & Technology di Matteo Bonacina ci sorprende sempre ) altrettanto precisi sono quelli realizzati con XFAB, Form2 deve rincorrere.

 

I monconi implantari sono precisi?

XFAB  @@@

Form2  @

Shera D40 @@@

 

Esattamente come per i monconi protesici, Shera D40 e XFAB sono decisamente i punti di riferimento.

 

La planarità della stampa è buona?

La planarità dei 3 modelli è abbastanza simile tra Shera D40 e XFAB, leggermente inferiore resta Form2 con una luce maggiore.

 

Perche abbiamo scelto queste 3 stampanti?

Personalmente considero Form2 un’ottima macchina per iniziare a lavorare con tecnologia 3D, ottimo rapporto qualità-prezzo, potrei paragonarla ad una Fiat Panda che mi permette di macinare chilometri senza grosse spese.

La XFAB è sicuramente la macchina più equilibrata, copre un po’ tutte le esigenze, ottima nel prezzo e nella qualità, diciamo una buona Serie 3 Tourin (ndr: avrei voluto dire AlfaRomeo Giulia Veloce ma non ho ancora avuto modo di provarla).

Shera D40 è decisamente la macchina più performante e il suo prezzo dichiara subito i suoi intenti! Ottima velocità di stampa, ottima precisione e qualità, una stampante 3D non per tutti ma per professionisiti / piloti decisamente evoluti, definiamola una Mercedes AMG GT.

 

Perche dovrei comprarla?

Shera D40: sicuramente è la macchina più performante in assoluto (fa tutto e lo fa bene) con un livello di precisione raggiunto solo da XFAB, ma con tempi di stampa decisamente più brevi. Comprerei questa stampante 3D se fossi un centro che fa service per altri laboratori, se la qualità dei prodotti venisse prima del prezzo degli stessi e se il prezzo di vendita dei miei manufatti non fosse minimamente influenzato dal listino prezzi del mio vicino di casa. (Fig. 6-10)

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

Fig. 10

 

Form2: un’ottima Entry Level, con lei possiamo giocarci per uno o due anni e poi sostituirla con qualcosa di più professionale senza aver buttato troppi soldi, sicuramente un'ottima riserva in un futuro sempre più digitalizzato.

Comprerei questa stampate 3D se l’ortodonzia fosse il grosso del lavoro in laboratorio, se non fossi sicuro di come evolverà il mio modo di lavorare in digitale, se stare nel gruppo non mi rende diverso dalla concorrenza, quindi, facilmente confrontabile nel bene e nel male e se il mio listino è fatto guardando tutti i listini della mia città. (Fig. 11-15)

Fig. 11

Fig. 12

Fig. 13

Fig. 14

Fig. 15

XFAB: una professionale in miniatura anche nel prezzo, considerando che costa solo 2000€ più della Form2 ma 25,000€ meno della Shera D40. Considero la XFAB di DWS la macchina ideale per il laboratorio odontotecnico di dimensioni medie, questa stampante raggiunge senza fatica la qualità e la precisione di Shera D40 (che, però, la batte sulla velocità di produzione).

Comprerei questa stampante 3D perché è quasi la stampante a 360° per il laboratorio odontotecnico che vuole spendere una sola volta in questa tecnologia e che ritiene che la qualità valga qualche euro in più. (Fig. 16-20)

Fig. 16

Fig. 17

Fig. 18

Fig. 19

Fig. 20

 

Che voto diamo?

Proviamo a dare un punteggio alle 3 stampanti 3D selezionate, vi ricordate Le chiocciole @?

Abbiamo assegnando 3 chiocciole come valore positivo, 2 chiocciole per il neutro, 1 chiocciola per negativo.

In una corsa a punti le 3 stampanti 3D per il dentale si sarebbero classificate così:

 

XFab 29 punti

Shera D40 17 punti

Form2 24 punti

 

Questa è la classifica a punti, ma se ragioniamo in termini di qualità assoluta, mi sento di mettere al primo posto la Shera D40, che con un tempo di stampa davvero contenuto sarebbe la macchina ideale, resta solo l’inconveniente dei suoi 31,000 di costo che non sono certamente pochi per un laboratorio Odontotecnico ”normale”.

Interessante sarebbe rifare in futuro questa stessa comparativa ma con 3 macchine di valore economico simile, magari la Shera D40 contro Stratasys e la mitica DW020D.

In questi giorni abbiamo potuto parlare con Odontotecnici che, con passione e dedizione, hanno dedicato anni per modificare e settare le proprie stampanti e i propri software, ottenendo risultati inizialmente insperati, abbiamo incontrato ingegneri che stanno dedicando la propria vita a studiare strategie di stampa e di fresaggio. Queste sono persone speciali con doti speciali.

La nostra comparativa è rivolta verso gli operatori di tutti i giorni che non possono permettersi di sbagliare prodotto, a tutte le persone che quotidianamente devono lavorare duro e non hanno tempo e voglia da dedicare ad una messa a punto fuori standard, ma vogliono un prodotto già maturo e pronto per la produzione ottimizzata e con una buona assistenza in italiano.

Un ringraziamento speciale è rivolto al laboratorio Digilab di Roma e al Dr Carlo Cosma, i modelli di un caso reale e le relative corone in zirconia sono state fornite gratuitamente da loro, il caso concluso è ora in bocca ad un felice paziente.

Il Dr Carlo Cosma ha rilevato le impronte intraorali con scanner 3Shape, mentre il modello è stato creato da Digilab utilizzando il Model Builder di 3Shape, utilizzando paramentri definibili “standard” come il gap di 100 micron per i monconi, le librerie e gli analoghi da laboratorio erano Elosmedtech.

Un ringraziamento è dedicato a Matteo Bonacina Ars & Technology per il supporto tecnico e morale.