Il brevetto per la stampante 3D a resina basata su tecnologia SLA (Stereolithography) viene depositato nel 1986, da parte di Chuck Hull, ingegnere, inventore e imprenditore statunitense. Le caratteristiche della resina, elemento utilizzato nel processo di fotopolimerizzazione rendono i manufatti realizzati con questa metodologia, migliori rispetto agli analoghi in FDM (modellazione a deposizione fusa). La creazione di oggetti molto piccoli, come ad esempio elementi per la gioielleria, l’oreficeria, l’odontoiatria, la chirurgia, per la modellistica, riescono a rendere, nel loro prodotto finale, dettagli di una notevole precisione, difficilmente replicabili in altri contesti di stampa. Questi macchinari, nelle fasi di esecuzione, lavorano a strati, 25/50 micron di spessore se adoperiamo le resine, tra i 150/200 micron fino ad arrivare ai 300 se utilizziamo quelle a filo: più è sottile lo strato, più liscia sarà la superficie finale.
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Come funziona il 3D System (SLA)
Il 3D System (SLA), implica l’utilizzo di un laser UV che disegna il layer dell’oggetto sulla resina liquida solidificandolo. Normalmente si mantiene il laser UV fisso e si utilizzano specchi mobili (galvanometri) per orientare il raggio laser esattamente dove serve. Una stampante 3D a resina a parità di volume stampato, è molto più costosa rispetto a un’analoga a bobina, questo perché le tecnologie in gioco sono più complesse; in commercio se ne trovano di diversi tipi:
– SLA (laser)
– DLP (digital light projection)
– LCD (liquid crystal display), che utilizza schermi come quello del computer o del cellulare per proiettare il fascio luminoso nella regione di stampa.
Con le medesime impostazioni la stampante a resina è più veloce sia a livello di risultato estetico che di proporzioni e produce un effetto migliore rispetto all’equivalente a filo per quanto riguarda la solidità del pezzo prodotto. La resina, composta da monomeri principalmente di base metacrilato, oligomeri, additivi, fluidificanti, cariche per rinforzarla e renderla più resistente, pigmenti di colore, forma un polimero termo indurente, una volta solidificato, non può ritornare al suo stato originale di liquido; lasciata al sole continuerà il suo processo di polimerizzazione irrigidendosi maggiormente. Queste tecnologie stanno gradualmente rivoluzionando interi settori e le loro applicazioni saranno determinanti per gli sviluppi di nuovi approcci sperimentali volti a migliorare il benessere delle persone. Il medicale è uno degli ambiti maggiormente interessati da questi scenari.
La stampa 3D in ambito medtech
Da un punto di vista operativo, con stampa 3D si intende la realizzazione di oggetti tridimensionali mediante produzione additiva, partendo da un modello 3D digitale. Il passaggio da un file grafico a un modello finito richiede la scelta di una stampante e del materiale da utilizzare; come abbiamo evidenziato, le caratteristiche finali del prodotto dipendono fortemente dalla qualità dell’hardware e dalla resina prescelta. In questo articolo mostreremo interessanti dati esemplificativi inerenti lo stampaggio di un organo fondamentale del nostro organismo: il cuore.
Questa tecnologia, nel suo potenziale, risulta essere adattabile cross-industry e ha registrato nel medicale una dimensione a valore di circa 500 milioni di dollari nel 2018 ed è prevista una crescita anno dopo anno fino a raggiungere un valore di 900 milioni di dollari entro il 2022. Gli Stati Uniti guidano l’adozione di queste tecniche seguiti da Russia ed Europa, in cui spicca per quota la Germania. In complesso, il settore della stampa 3D mostra grandissimi margini di sviluppo. Relativamente a questo ambito le applicazioni sono molteplici: dalla preparazione di interventi chirurgici alla formazione del personale.
Grazie alla tecnologia 3D si è in grado di comprendere in maniera visiva e tattile le anomalie riscontrate sulle immagini bidimensionali, consentendo al cardiologo o chirurgo una preparazione maggiore per quanto riguarda l’approccio e il metodo di risoluzione da utilizzare per lo specifico caso. Mediante l’implementazione di appositi materiali nel processo di stampa 3D si è in grado di ottenere modelli fisici pressoché identici all’organo originale. Inoltre l’ampio database garantisce la possibilità di stampare fisicamente una vasta gamma di cuori affetti da patologie. Questa tecnologia può essere perciò utilizzata a fini simulatori, permettendo ai chirurghi di aggiornarsi su patologie mai praticate e migliorare nelle manovre chirurgiche. Non trascurabile è l’utilità di questa applicazione nell’ambito formativo. Gli studenti specializzandi possono infatti simulare fisicamente interventi chirurgici evitando errori futuri dovuti all’inesperienza pratica.
Stampaggio 3D, punti di forza e criticità
I punti di forza della tecnologia 3D sono la versatilità della stampa e la capacità di poter riprodurre organi con una consistenza simile a quella reale mediante appositi materiali. Il vantaggio principale della stampa 3D è la possibilità di personalizzazione, in quanto permette di stampare modelli fedeli ai mockup sviluppati su schermo. Le stampanti disponibili sul mercato, sono compatibili con materiali flessibili che permettono la realizzazione di modelli di organi con similarità apprezzabili al tatto rispetto a quelli reali. L’evoluzione della tecnologia 3D sta mostrando un miglioramento del rapporto qualità/prezzo delle stampanti desktop di alto livello. Gli svantaggi della stampa 3D sono per lo più collegati al fatto che questa tecnologia non è ancora ben sviluppata a pieno. Per ottenere un risultato soddisfacente occorrono stampanti professionali che si caratterizzano per un costo elevato. Inoltre non è stato ancora individuato un materiale ideale per la fedele riproduzione tattile di alcuni organi, in primis il cuore: sebbene si riesca a ottenere modelli pressoché identici al reale, la sensazione tattile garantita è ancora ritenuta scarsa.
I soggetti interessati alla stampa 3D
Attraverso un’analisi preliminare del mercato sono stati individuati tre cluster di potenziali interessati allo sviluppo di queste tecnologie:
– le scuole di specializzazione universitarie
– i centri di formazione
– le aziende sanitarie.
Con scuole di specializzazione si intendono corsi di laurea specialistica inerenti al settore cardiovascolare dove la tecnologia di stampa 3D può essere utilizzata al fine integrare il processo di apprendimento dei discenti.
Nelle aziende sanitarie la tecnologia oggetto di analisi può essere acquistata con l’obbiettivo primario di favorire il perfezionamento e l’aggiornamento delle tecniche chirurgiche dei professionisti. Sono differenti gli obbiettivi ricercati dalle due istituzioni difatti, mentre le scuole di specializzazione mirano alla propedeuticità delle tecnologie integrate alla didattica, le aziende sanitarie si focalizzano sul miglioramento dei servizi.
I centri di formazione si collocano in un livello intermedio tra le due categorie sopra descritte. Questi organizzando corsi di specializzazione su particolari tecniche e tecnologie, fungono da anello di congiunzione tra il mondo accademico e quello professionale.
Prospettive future della stampa 3D
Il settore del medtech, a livello mondiale, sta registrando dal 2015 un tasso di crescita positivo; si stima che esso raggiungerà entro il 2022 ricavi per 522 miliardi di dollari, con una crescita media annua di circa il 5%. L’andamento complessivo del mercato è un riflesso della crescita positiva prevista sia per i dispositivi VR che per la stampa 3D; si prevede una consistente crescita del mercato del settore medico riguardante le tecnologie 3D, con un netto aumento dai 400 milioni di dollari (ricavi) del 2016 a poco meno di 1 miliardo di dollari nel 2024.
È dunque ragionevole pensare che nel medio periodo la combinazione e l’integrazione di tali tecnologie possa portare ad un aumento complessivo della domanda per tali servizi. In ultima analisi si deve inoltre tener conto del fatto che il progresso tecnologico in tali settori è lento e complesso, per cui è possibile affermare che il superamento di tali tecnologie avverrà in modo incrementale e non radicale, permettendo così ai player un adattamento graduale nel tempo.
