Un progetto maltese tra stampa a filamento e fabbricazione a granuli
Il progetto SPELL3D, coordinato dalla University of Malta insieme al partner industriale Invent 3D Ltd, punta a sviluppare una stampante 3D desktop alimentata direttamente con pellet polimerici. L’obiettivo è combinare la compattezza e la facilità d’impiego delle comuni macchine FFF con i costi dei materiali e la maggiore libertà di formulazione tipici dei sistemi FGF, acronimo di Fused Granular Fabrication. La ricerca è finanziata per tre anni attraverso il FUSION: R&I Technology Development Programme, con il codice R&I-2022-010-T. Le fonti iniziali indicano come finanziatore il Malta Council for Science & Technology, mentre la comunicazione del 2026 fa riferimento a Xjenza Malta, l’agenzia governativa maltese che gestisce i programmi nazionali di ricerca e innovazione.
La guida scientifica è affidata ad Arif Rochman, professore del Department of Industrial and Manufacturing Engineering della University of Malta e coordinatore del progetto. Il gruppo comprende Sarah Delia, responsabile del supporto alla ricerca, Pierluigi Mollicone, incaricato delle attività di simulazione della fusione e dell’estrusione, ed Evan Dimech, responsabile dello sviluppo dei componenti elettrici. Per Invent 3D Ltd partecipa David Sciberras, amministratore delegato e cofondatore dell’azienda. La presenza di Invent 3D Ltd permette al progetto di affiancare alla modellazione universitaria l’esperienza di un’impresa che gestisce a Malta una struttura produttiva con oltre 200 stampanti 3D.
Perché il pellet può costare meno del filamento
La maggior parte delle stampanti 3D desktop utilizza la tecnologia FFF, nella quale il materiale viene fornito sotto forma di filamento con diametro controllato, generalmente di 1,75 o 2,85 millimetri. Il filamento viene trascinato da ruote dentate, attraversa l’hot end, fonde e viene depositato sul piano di costruzione. Questa configurazione offre un controllo abbastanza preciso della quantità di polimero estrusa, perché il software conosce il diametro nominale del filo e può calcolare la lunghezza necessaria per ogni movimento.
Il filamento, però, viene prodotto partendo dagli stessi granuli impiegati dall’industria della plastica. I pellet devono essere essiccati, fusi, estrusi con diametro costante, raffreddati, controllati, avvolti su una bobina e confezionati. Ogni passaggio aggiunge costi energetici, produttivi e logistici. Secondo i dati riportati dalla University of Malta, il pellet può costare circa 3-4 euro per chilogrammo, mentre la trasformazione in filamento può moltiplicare il prezzo anche di dieci volte. Il rapporto non è uguale per tutti i materiali: dipende dal polimero, dalla qualità, dalla quantità acquistata, dagli additivi e dal tipo di filamento. Rimane però evidente il vantaggio potenziale per laboratori, centri di ricerca e aziende che consumano molti chilogrammi di materiale.
L’utilizzo diretto del pellet permette inoltre di accedere a una gamma più ampia di polimeri industriali. Molte resine sono disponibili in granuli ma non vengono trasformate in filamento, perché il mercato sarebbe troppo piccolo o perché la produzione di un filo dimensionalmente stabile risulta difficile. Una macchina FGF potrebbe lavorare anche con formulazioni personalizzate, miscele, elastomeri, polimeri ad alte prestazioni e materiali rinforzati, purché estrusore, camera di fusione e ugello siano compatibili con le loro caratteristiche.
Il limite degli estrusori FGF industriali
Le stampanti FGF tradizionali impiegano una vite che raccoglie i pellet dalla tramoggia, li trasporta lungo un cilindro riscaldato, li comprime, li miscela e genera la pressione necessaria per spingere il materiale fuso attraverso l’ugello. La vite svolge quindi più compiti: alimentazione, fusione, omogeneizzazione e pressurizzazione. Per ottenere un flusso stabile servono lunghezze, diametri, profili e rapporti di compressione adeguati al materiale utilizzato.
Questi gruppi di estrusione possono raggiungere dimensioni e masse incompatibili con una stampante desktop. Un estrusore pesante montato direttamente sull’asse mobile obbliga a ridurre accelerazioni e velocità, aumenta le sollecitazioni sulla struttura e può provocare vibrazioni o difetti superficiali. I sistemi industriali richiedono inoltre motori, riduttori, zone riscaldate e controlli più complessi rispetto a un normale hot end per filamento. Per questa ragione la stampa a pellet è diffusa soprattutto nei sistemi di grande formato, nelle celle robotizzate e nelle macchine progettate per portate elevate.
Una revisione scientifica pubblicata nel 2025 sulla rivista Polymer da Albert Curmi e Arif Rochman ha classificato gli estrusori FGF in funzione delle dimensioni della vite: piccoli fino a 100 millimetri, medi tra 100 e 200 millimetri e grandi oltre i 200 millimetri. Lo studio mostra che la tecnologia può lavorare con polimeri ad alte prestazioni, compositi rinforzati con fibre, elastomeri e materiali rimacinati, ma conferma anche la varietà delle configurazioni necessarie per gestire correttamente materiali tanto diversi.
La scelta di SPELL3D: eliminare la vite
La soluzione studiata da SPELL3D si distingue perché non cerca semplicemente di miniaturizzare un estrusore industriale. Il progetto elimina la vite e introduce un sistema che dosa i pellet all’interno di una camera di riscaldamento compatta. Il materiale viene alimentato in modo controllato, fuso e convogliato verso l’ugello. Riducendo il numero e la dimensione dei componenti meccanici, il gruppo di estrusione potrebbe avvicinarsi per ingombro e peso a un hot end FFF, rendendo possibile la sua installazione su una macchina desktop o su una piattaforma modulare.
L’eliminazione della vite semplifica la meccanica ma trasferisce una parte considerevole della difficoltà al sistema di alimentazione e al controllo termico. In un estrusore convenzionale la rotazione della vite trasporta e miscela continuamente il polimero; nella soluzione SPELL3D bisogna invece regolare con precisione l’arrivo dei granuli e assicurarsi che ogni porzione riceva il calore necessario. Il progetto ha quindi sviluppato un alimentatore modulare e un sistema di gestione delle temperature finalizzato a mantenere uniforme il flusso, distribuire correttamente il calore e limitare le variazioni nella qualità del materiale estruso.
Le informazioni pubblicate non descrivono ancora in dettaglio la geometria interna della camera, il metodo utilizzato per generare la pressione, il peso dell’estrusore, la portata massima, i diametri degli ugelli, le temperature operative o l’elenco dei materiali convalidati. SPELL3D va pertanto considerato un progetto di ricerca in corso e non un prodotto già disponibile con specifiche commerciali definitive.
Il problema del dosaggio dei granuli
Il filamento funziona contemporaneamente come materia prima e come elemento di dosaggio. Se il diametro è regolare, l’avanzamento di un determinato numero di millimetri corrisponde a un volume prevedibile di plastica. Con il pellet la situazione cambia: i granuli possono avere dimensioni, forme e densità apparenti diverse, possono disporsi in modo irregolare nella tramoggia e creare vuoti, ponti o interruzioni nel canale di alimentazione. Due volumi apparentemente uguali di pellet non contengono necessariamente la stessa massa di polimero.
Un flusso poco stabile produce sottoestrusione, accumuli, variazioni nello spessore delle pareti e differenze tra un layer e il successivo. SPELL3D punta a ottenere una relazione quasi lineare tra la quantità di materiale solido introdotta e il volume di polimero fuso espulso dall’ugello. Se il sistema riuscisse a mantenere questa proporzionalità, il software potrebbe controllare l’estrusione con una logica più vicina a quella delle stampanti a filamento.
La continuità del processo dipende anche dall’umidità. Poliammidi, policarbonato, PET, TPU e altri materiali igroscopici assorbono acqua dall’ambiente e devono essere essiccati prima della stampa. In caso contrario, l’acqua può trasformarsi in vapore durante la fusione, generando bolle, irregolarità, riduzione delle proprietà meccaniche e difetti superficiali. Un sistema desktop a pellet dovrà quindi essere affiancato da una tramoggia protetta o da un essiccatore compatto, soprattutto quando vengono utilizzati tecnopolimeri.
Controllo della temperatura e qualità del materiale fuso
La gestione termica è uno dei passaggi più delicati della proposta SPELL3D. Il calore deve fondere completamente i pellet senza degradare il polimero e senza propagarsi verso la zona di alimentazione. Se la parte superiore diventa troppo calda, i granuli possono ammorbidirsi prima di entrare nella camera e bloccare il flusso. Se la temperatura è insufficiente, alcune particelle possono raggiungere l’ugello senza essere completamente fuse. Un eccessivo tempo di permanenza nella zona calda può invece provocare degradazione, variazioni di viscosità, alterazioni del colore ed emissione di composti volatili.
La University of Malta sostiene che l’estrusore SPELL3D dovrebbe richiedere una quantità inferiore di materiale riscaldato rispetto a un sistema a vite e potrebbe quindi ridurre consumo energetico ed emissioni. Si tratta, allo stato delle informazioni pubblicate, di benefici progettuali attesi: non sono stati diffusi confronti completi su energia assorbita, portata, temperatura, quantità di fumi e qualità dei componenti ottenuti. Per dimostrare il vantaggio serviranno prove condotte con gli stessi materiali, le stesse geometrie e portate comparabili.
La simulazione della fusione guidata da Pierluigi Mollicone assume un ruolo centrale perché deve individuare la distribuzione delle temperature, il comportamento del materiale e le zone nelle quali potrebbero formarsi ristagni. Evan Dimech segue invece lo sviluppo dei componenti elettrici, necessari per coordinare riscaldatori, sensori, alimentatore e controllo dell’estrusione.
Invent 3D Ltd porta nel progetto l’esperienza produttiva
Invent 3D Ltd è stata fondata a Malta nell’agosto 2018 da David Sciberras e Alexandra Sciberras e opera nella progettazione di prodotto, nella prototipazione e nella produzione additiva. L’azienda dichiara di gestire oltre 200 stampanti e di lavorare con tecnologie FDM, SLA, DLP e SLS, oltre a sistemi per pezzi di grande formato. Le sue attività comprendono componenti in piccola serie, attrezzature, modelli architettonici, dispositivi e applicazioni destinate ai settori medicale, automobilistico e aerospaziale.
Il contributo dell’azienda al progetto SPELL3D è rilevante perché una print farm può valutare aspetti difficili da osservare in una singola prova di laboratorio: affidabilità su molte ore di lavoro, rapidità nella sostituzione del materiale, pulizia della camera, frequenza degli intasamenti, ripetibilità tra lotti diversi e costo per componente. Un estrusore desktop a pellet avrebbe valore industriale soltanto se il risparmio sul materiale non fosse annullato da preparazione, essiccazione, manutenzione e tempi di fermo.
Pellet vergine, materiali riciclati e libertà di formulazione
L’impiego dei pellet non significa automaticamente che la stampante utilizzi plastica riciclata. I granuli possono essere vergini, riciclati o composti da miscele dei due. Per lavorare materiale proveniente da oggetti triturati servono una granulometria controllata, l’eliminazione di polvere e contaminanti, l’identificazione del polimero e una verifica della sua degradazione termica. Scaglie irregolari e residui di materiali differenti rendono il dosaggio ancora più difficile.
La FGF offre comunque un collegamento più diretto con le filiere di riciclo rispetto alla stampa a filamento, perché può evitare la trasformazione preventiva del materiale recuperato in una bobina. La revisione pubblicata da Curmi e Rochman segnala l’utilizzo crescente di materiali rimacinati direttamente, insieme a compositi, elastomeri e polimeri ad alte prestazioni. Per SPELL3D questa potrebbe diventare un’area di applicazione, ma il gruppo non ha ancora pubblicato una lista di materiali riciclati certificati per il proprio estrusore.
Un progetto ancora privo di una data commerciale
SPELL3D viene presentato come una piattaforma destinata alla ricerca, all’istruzione e alla produzione. Una macchina desktop alimentata a pellet potrebbe interessare università, laboratori sui materiali, fablab e imprese che vogliono sperimentare formulazioni non disponibili come filamento. Il risparmio sarebbe più evidente nei contesti con consumi elevati, mentre per un utilizzatore occasionale il costo dell’hardware, dell’essiccatore e delle attività di calibrazione potrebbe ridurre il vantaggio economico.
Ad agosto 2026 non risultano pubblicati prezzo, data di vendita, caratteristiche complete o accordi per la produzione in serie. Fabbaloo osserva che il progetto è attivo da alcuni anni senza essere ancora arrivato alla commercializzazione. Questo non dimostra che la soluzione sia inefficace, ma indica che la progettazione di un estrusore a pellet compatto richiede verifiche più complesse della semplice riduzione delle dimensioni. La qualità dovrà essere confrontata con quella di una stampante FFF, mentre portata, costo e varietà dei materiali dovranno avvicinarsi ai vantaggi dei sistemi FGF.
Il punto più interessante di SPELL3D è quindi il tentativo di trovare una posizione intermedia tra due tecnologie consolidate. Se il sistema senza vite riuscirà a garantire alimentazione prevedibile, fusione uniforme, massa contenuta e manutenzione semplice, potrà ampliare l’uso dei pellet anche sulle stampanti compatte. Prima di valutarne l’impatto commerciale saranno però necessari dati misurabili, prototipi sottoposti a test prolungati e specifiche confrontabili con le soluzioni già presenti sul mercato.
