Relazione sviluppata dai 9 studenti partecipanti al modulo “Develop Your Biofablab”, Liceo Curie di Giulianova, giugno-luglio 2021.
Con stampa 3D si intende la produzione di oggetti tridimensionali partendo da un modello 3D digitale. La maggior parte delle tecnologie di stampa 3D si basano sono di tipo “additivo”, cioè costruiscono l’oggetto aggiungendo strato dopo strato. Il modello digitale viene prodotto con software dedicati e successivamente elaborato per essere compatibile con la stampante. Prima di approfondire le varie tecnologie di stampa 3D, introduciamo quella che è la filiera della stampa 3D, ovvero come da un’idea si possa arrivare all’oggetto finale, passando (anche) tramite una stampante 3D. Il primo passo per realizzare con la stampante 3D un’idea di progetto è quella di disegnarla tramite un software di modellazione 3D. Esistono piattaforme che permettono di importare migliaia di files 3D e una delle piattaforme gratuite più utilizzate è Thingiverse. Il programma Invesalius può essere utilizzato per altri scopi; infatti possono essere inserite le immagini biomedicali ottenute tramite tomografie o risonanze magnetiche e trasformarlo in un file 3D. Oppure piattaforme come Map2stl o StlTerrain trasformano informazioni geografiche in files 3D, per ottenere immagini dell’orografia di un territorio. Attraverso un processo chiamato scansione 3D si analizza un oggetto reale e si raccolgono dati su di esso; tutto questo si ottiene tramite scanner laser o attraverso software. Le stampanti 3D non interpretano files geometrie (esempio file stl), ma solo semplici file di coordinate (file gcode), si devono quindi convertire i file 3D in file stampabili; questo processo è possibile ad esempio con software finalizzato all’uso di stampanti a filamento: Cura.
Il motivo della rapida diffusione delle stampanti 3D è fondamentalmente la facilità d’uso e ai costi relativamente bassi. La parte fondamentale resta la progettazione dell’oggetto da costruire, che va fatta al computer con dei programmi appositi(SketchUp,Cura,Zbrush,SculptGl,3DBuilder,Photo).
Il file da stampare deve contenere tutti i dettagli del prodotto finale: la lunghezza,la profondità, i materiali da utilizzare. In genere, il formato usato per salvare un progetto da mandare in stampa è Stl (Standard Triangulation Language To Layer), un formato che scompone il progetto in triangoli grafici in modo che per la stampante sia facile riprodurre il disegno iniziale.
La differenza principale dalle stampanti in 2D è che invece cheutlizzare l’inchiostro, usa materiali solidi che si sciolgono e si solidificano come polimeri o dei materiali scelti anche biodegradabili. I filamenti in forma di bobbine sono riscaldati, fusi e stratificati ad alta temperatura fino all’ultimazione del processo di costruzione.
La stampante 3D è stata una rivoluzione in campo medico/biomedicale poichè ha permessso delle repliche molto simili degli organi sei pazienti la cui forma si prende tramite una tac; usando alcuni programmi come InVesalius si riesce a ricavare un progetto dell’organo in 3D già prnto da stampare, magari per fare delle prove prima di effetuare l’operazione.
Altri programmi come Zbrush,SculptGl che possono essere usati per sistemare i traumi o mancanze che presentano le tac dei pazienti. Gli altri programmi come SketchUp,Cura,3DBuilder,Photo che servono sia per la creazione del progetto sia per le coordinate e per le dimesioni da mandare alla stampante.
Alcuni progetti si possono trovare anche su siti come Thingiverse, dove si trovano progetti già fatti da altri utenti pronti da stampare, basta portare il file su programmi come Cura e adattarli alla tua stampante.

Stampa 3d nel settore biomedicale
I progressi della tecnologia di stampa 3D per il biomedicale stanno dando un contributo importante al settore sanitario. Gli specialisti di ortopedia, odontoiatria (a cui è dedicata una sezione apposita), chirurgia maxillo-facciale e impianti utilizzano la stampa 3D per creare oggetti su misura progettati per le esigenze dei pazienti. Ad esempio, Silou Elle usa la tecnologia per creare reggiseni personalizzati per donne con cancro al seno dopo la chirurgia. L’aspetto della personalizzazione degli oggetti rende ancora più efficace questo metodo di stampa.
Nella produzione delle protesi post-amputazione, tutori e busti c’è stato un prima ed un dopo l’esplosione del mercato della stampa 3D. Si è passati da costose protesi standard a protesi 3d-printed, realizzate con materiale plastico e/o metallico e conformati alle specifiche esigenze del singolo paziente.
All’inizio del marzo 2020, un gruppo d’ingegneri ha elaborato, partendo da una maschera snorkeling e togliendo il respiratore originale e aggiungendo la valvola stampata in 3d, hanno creato un dispositivo medico per risolvere la mancanza di maschere per l’ossigeno durante l’emergenza covid-19. In classe, noi alunni, con l’aiuto del professore abbiamo provato a creare la stessa valvola utilizzata dai medici durante la pandemia attraverso un programma di modellazione 3d chiamato “sketch up for web”.
Utilizzo di modelli 3d in campo odontoiatrico
I principali casi d’uso della stampa 3D per il settore dentale sono:
Produzione di dispositivo dentale per microfusione. Si costruisce uno stampo personalizzato utilizzando una versione stampata in 3D del dispositivo dentale desiderato (corona, ponte, ecc) colando del materiale liquido (ceramica, metallo …) nello stampo.
Produzione diretta di apparecchi. Il prodotto finito viene realizzato interamente nella stampante 3D dentale. Ad esempio, una corona dentale può essere stampata in 3D utilizzando una stampante 3D in metallo.
Produzione diretta di guide chirurgiche e strumenti dentali. Ad esempio, le guide chirurgiche possono essere stampate in 3D con resine specifiche.
Biostampa 3D per la produzione di tessuti viventi
Biopelle, ricostruzione della cartilagine per orecchie e nasi. Anche la biofabbricazione 3d di vasi sanguigni è molto importante perché:
Come per gli altri tessuti, è essenziale per i test farmacologici. Solo degli Stati Uniti, ogni anno 450.000 pazienti sono soggetti a operazioni chirurgiche di sostituzione di parte di un vaso. I vasi sanguigni pervadono tutti gli organi, quindi la ricerca della biostampa dei vasi sanguigni è propedeutica a quella degli organi.
Biostampa 3d e organi umani
Il muscolo cardiaco è stato uno dei primi organi a essere soggetto di sperimentazioni con biostampa 3D. Il primo cuore umano stampato in 3D, sebbene in dimensioni ridotte rispetto a un cuore di adulto, è stato realizzato da ricercatori dell’Università di Tel Aviv. In Italia, nel 2021, un cittadino malato che ha necessità di un trapianto di cuore deve attendere quasi 4 anni prima di riuscire a ottenere un trapianto. Cinque anni se l’organo di cui ha bisogno è il pancreas. “Soli” tre anni per un polmone, e 3 anni e mezzo per un rene. Sono quasi 10.000 i pazienti iscritti in lista di attesa e soggetti a queste tempistiche. Più di 120.000 negli Stati Uniti, nei quali possiamo anche verificare come le richieste di donazione siano cresciute a tassi più alti rispetto alle donazioni stesse. Tutto questo è stato semplificato grazie alle stampanti 3d che creano in poco tempo l’organo da trapiantare.
Il modellatore 3D che abbiamo utilizzato: SketchUp
Sketchup è un’applicazione di modellazione in 3D utile per appunto creare oggetti per poi andarli a stampare in 3D.
Dopo sketchup il file deve essere salvato in .STL per poi utilizzarlo in un’altra app che si chiama Ultimaker Cura, tutto questo tramite l’uso di un disco rimovibile.
Con CUra si arriva a fare oggetti PLA/ABS mentre con un’altra applicazione che sarebbe Photon che si usa per creare oggetti in 3D però con il materiale in resina.
Questi sono molto efficienti e molto utili, ad esempio in Ultimaker Curaci sono molti dettagli da aggiungere prima di salvare il file/l’oggetto in 3D(Temperatura PLA/ABS, Temperatua del piatto di costruzione(Build Plate) e tanto altro).
Non sono da sottovalutare, in tutti e due i programmi,i supporti per garantire una buona riuscita degli oggetti senza che si rompano (ad esempio in quella in resina sono più importanti perché l’oggetto potrebbe cadere nella “piscina di resina” e perderlo per poi non riaverlo più.