PROGETTAZIONE STAMPA 3D
INDICE ARTICOLO
La prima volta che ho sentito parlare di stampa 3D mi sembrava quasi che si parlasse
di magia nera.
Una tecnologia dove tutto diventa possibile senza nessuno sforzo, l’apoteosi dell’automazione…quasi come il materializzatore di star trek che poteva creare oggetti a livello subatomico.
Se ne sai qualcosa di stampa 3D sai già che questa non è la verità, ma non è neanche una fantasia campata per aria.
Infatti, conoscendo i limiti della tecnologia è davvero possibile realizzare qualsiasi tipo di progetto.
In questo articolo andiamo a vedere proprio quali sono i fattori della stampa 3D di cui dobbiamo tenere conto nel modellare i nostri progetti, conoscendo e rispettando
queste regole saremo in grado di sfruttare appieno la nostra stampante e creare
progetti precisi e all’altezza delle nostre aspettative!
GRAVITA' E STAMPA 3D
Stampando strato dopo strato il modello 3D, la nostra stampante 3D si può trovare in situazioni in cui alcuni strati possono avere problemi con la gravità.
Detto in maniera semplice, la stampante non può depositare materiale in aria.
Quindi modelli che presentano materiale a sbalzo non supportato (overhangs), risentono della gravità e tendono a cadere verso il piatto di stampa, creando l’effetto
che vedi nell’immagine.
Il limite massimo mediamente sopportato dalle stampanti 3D fdm è 45-50°, in base all’ugello utilizzato e all’altezza del layer.
Infatti minore è il diametro dell’ugello e minore è l’altezza del layer maggiori sono gli angoli raggiungibili perché la massa di ogni layer sarà minore, quindi meno pesante.
Oltre questo limite si ha un aumento regolare delle imperfezioni di stampa fino al
fallimento completo (la stampa viene depositata nel vuoto)
Diventa quindi di massima importanza dove possibile ottimizzare già in fase di progettazione il problema cercando di individuare l’orientamento ideale per tutti i componenti del progetto.
Il caso qui sopra è lampante!
L’utilizzo dei supporti non è doveroso della Y, è invece obbligatorio nella H, mentre nella T è proprio una questione di ottimizzazione, infatti roetando la T di 180° possiamo evitare ogni tipo di supporto.
In realtà in tutti 3 i casi basterebbe stampare le lettere sdraiate sul piatto per non utilizzare mai supporti 🙂
SUPPORTI DI STAMPA
Non è sempre possibile ottimizzare il modello 3D a priori, in questi casi è necessario utilizzare i supporti di stampa.
I supporti sono materiale sacrificale utilizzato per sostenere le zone sospese o con angoli >50°.
Perchè conviene utilizzare meno supporti possibili?
- Costo di materiale
- Aumenta il tempo di stampa
- Rovinano la superficie supportata
Che fare dunque per avere la miglior qualità?
SUPPORTI SOLUBILI
GEOMETRIE IMPOSSIBILI
Esistono casi in cui la geometria risulta così complessa che deve essere necessariamente stampate con supporti solubili per evitare di distruggere il prodotto
durante la rimozione dei supporti.
Esistono diversi metodi per poter stampare supporti solubili:
- Doppio estrusore
- Sistema multi-materiale
OTTIMIZZAZIONE DEL MODELLO PER SUDDIVISIONE
Spesso risulta più efficiente dividere il modello in più parti da ricomporre dopo la stampa piuttosto che stampare un modello unico e utilizzare i supporti.
BRIDGING: STAMPARE A SBALZO
Non tutte le zone non supportate devono necessariamente essere stampate con supporti.
Le stampanti 3D fdm hanno la possibilità di stampare zone piccole in sospensione, questa pratica si chiama bridging.
In genere il limite medio di lunghezza del tratto va dai 5 ai 10 mm, ma può essere migliorato perfezionando il raffreddamento e le impostazioni di slicing della nostra macchina.
ORIENTAMENTO DI STAMPA
L’orientamento di stampa deve sempre essere tenuto in considerazione durante la modellazione, ed è un aspetto che deve fare tesoro di tutti i dati che abbiamo analizzato fin’ora.
Quindi modelleremo il nostro pezzo pensando di orientarlo per:
• diminuire i supporti necessari
• appoggiare al piano il lato meno soggetto a warping
• mantenere i dettagli sui lati verticali in modo da stamparli con la massima risoluzione (asse z) ed evitare l’effetto scalino dei layer
Spieghiamo velocemente le cose appena citate.
WARPING: RITIRO DEL MATERIALE
Con ritiri intendo diminuzioni dimensionali dovute al raffreddamento del materiale.
Questo fenomeno che causa il warping si mostra anche in inarcamenti come quello
dell’immagine qui sopra.
In fase di modellazione è possibile attenuare questo fenomeno in diverse maniere:
SMUSSARE/RACCORDARE LA BASE
Creare smussi a 45° o raggi sul piano appoggiato al piatto di stampa aiuta a :
– Diminuire l’area di appoggio che subisce una ritrazione
– Eliminare vertici dove si accumulano tensioni di ritrazione
CREARE SVUOTAMENTI
Un’altro rimedio in sede di modellazione può essere, quando possibile, il creare svuotamenti per eliminare grossi volumi di materiale sulla base del modello.
DETTAGLI DEL MODELLO
In fase di modellazione è opportuno ragionare anche sul livello di dettaglio che la tua
stampante è in grado di produrre.
Diventa controproducente modellare minuzie sotto dimensionate se poi la stampante
non sarà mai in grado di produrle.
Difficilmente riuscirai a produrre dettagli inferiori al diametro del tuo ugello.
E’ opportuno cercare di mantenere i dettagli in modo che il deposito del layer riesca a seguire le geometrie, come nel volto qui sopra, l’ideale è stampare con un orientamento come da immagine.
COME ORIENTARE I FORI DEL MODELLO?
La tecnologia FDM si basa sul deposito di filamento, questo filamento viene necessariamente schiacciato per far aderire il materiale al piatto di stampa e seguentemente ai layer già stampati.
Per questa ragione i fori stampati in 3D devono essere ottimizzati in funzione del grado
di “imperfezione” rilevato nella macchina che verrà utilizzata.
Una soluzione è il sovra-dimensionamento preventivo o l’utilizzo di settaggi slicer per la
compensazione dimensionale (x-y horizontal compensation).
Questa problematica è molto più evidente orientando i fori paralleli all’asse z proprio perchè al fattore dello schiacciamento si va a sommare la sovrapposizione dei layer e l’eventuale necessità di supporti.
E’ quindi opportuno quando possibile modellare il file ottimizzando la posizione dei fori
come in figura.
ORIENTAMENTO PER PRESTAZIONI MECCANICHE
La qualità dimensionale e superficiale non è il solo fattore da considerare parlando
di orientamento, anche gli eventuali carichi devono essere considerati in fase di
modellazione e stampa.
Per via della sua innata Anisotropia la stampa 3D FDM ha una minor resistenza a carichi che possono provocare un distaccamento dei layer di stampa, è quindi opportuno ragionare per un orientamento di stampa come le figure segnate con una “V”.
MODELLARE STRUTTURE PER LA STAMPA 3D
Vediamo ora qualche linea guida da rispettare per la modellazione di stutture da stampare in 3D (FDM), pensiamo ad esempio a strutture per contenere componenti elettronici, con portelli apribili.
Eventuali pareti per incastri a pressione devono avere uno
spessore minimo di 2mm
Raggiare quando possibile gli spigoli vivi per irrubostire la
struttura ed eliminare zone di concentrazione delle tensioni
Mantenere una tolleranza minima tra per gli incastri tra
0.3 – 05 mm in base alla precisione della propria macchina
Aumentare il diametro dei fori di 0.25 mm in base alla
precisione della propria macchina
In caso di foratura con trapano mantenere un pre-foro di
diametro inferiore di 0.25 rispetto al foro desiderato
Slot e sedi devono essere più larghe dell’oggetto da contenere tra i 0.5-1 mm sul lato (es. oggetto 18, sede 20mm)
Aggiungere nervature di 2 mm sulle pareti per aumentarnela
resistenza e la stabilità
Aumentare il più possibile il materiale attorno a fori che saranno filettati per migliorare la tenuta e la longevità del pezzo
Mantenere gli spessori come multipli del foro del proprio
ugello aiuta a creare pareti più solide e prive di fessure (es.
ugello 0.4 x 3 spessore parete 1.2 mm)
FILETTATURE PER STAMPA 3D
Le filettature nella stampa 3D di materia plastica possono essere modellate con passi larghi e mantenendo le tolleranze necessarie 0.3-05 mm per permettere una rotazione
del filetto senza troppi attriti.
Qui un tutorial per modellare filettature in Fusion 360.
INSERTI METALLICI
INSERTI A CALDO
1) dimensionare il foro in funzione del diametro di inserimento dell’inserto
2) posizionare l’inserto sul foro
3) spingere lentamente con un saldatore caldo l’inserto fino ad affogarlo nella plastica
INSERTI A PRESSIONE
1) Modellare un foro del diametro consigliato dal produttore dell’inserto
2) utilizzare un martello per inserire l’inserto nel foro
INSERIRE DADI NELLA STAMPA
1) misurare il dado che si vuole utilizzare
2) modellare una sede con tolleranza 0.1 mm per lato (0.2mm in totale), in questa
maniera avremo la possibiltà di inserire il dado con interferenza e rimarrà in sede
3) inserire il dado a pressione o con martello
AFFOGARE DADI NELLA STAMPA
Un’altra possibilità estremamente interessante è quella di interrompere la stampa del
nostro modello per inserire un dado su cui verrà stampato altro materiale.
In questa maniera garantiamo un ottima tenuta del nostro filetto.
Per farlo è necessario:
1) Identificare da slicer qual’è l’ultimo layer aperto della sede per il dado oltre il quale
non sarà più possibile inserire il dado a mano (la linea sull’immagine è il limite)
2) Creare il g-code e aprirlo succesivamente con un programma di testo (wordpad)
3) individuare nel g-code il layer di interesse per la pausa, cioè l’ultimo aperto della
sede. Per cercare il layer nel testo possiamo usare il comando cerca/trova del
programma inserendo Z(numero nel layer), ad esempio cerca “Z45.”
4) Nella riga appena sotto lo Z copia/incolla questo script di pausa e salva il g-code per
poi mandarlo alla stampante
91 ; imposta le coordinate in relative
G1 F1800 E-5 ; Retract 5mm of Filament
G1 Z10 ; alza l’ugello di 10 mm
G90 ; imposta le coordinate in assolute
G1 X0 Y180 F1000 ; sposta il carrello alle coordinate x e y che indicate
M400
M0 Premi per ripartire ; comando che attende la pressione del tasto dello
schermo
G1 F1800 E5 ; Push 5mm of Filament
G91 ; imposta le coordinate in relative
G1 Z-10 ; abbassa l’ugello di 10 mm
G90 ; imposta le coordinate in assolute
VITI AUTOFILETTANTI
E’ possibile utilizzare direttamente viti autofilettanti che una volta avvitate nel foro
creano automaticamente il loro filetto.
1) Creare un foro con diametro all’ 80% del filetto della vite
2) Stampare il foro con almeno 3 Wall pieni
3) Utilizzare materiali con caratteristiche meccaniche alte (abs, asa, pets, nylon ecc)
PROGETTARE CERNIERE PER STAMPA 3D
Interessante anche la possibilità di modellare cerniere pieghevoli
1) Utilizzare materiali tenaci e flessibili (petg, nylon, tpu)
2) Stampare il pezzo facendo in modo che i layer seguano la cerniera in piega (qui
sotto la posizione corretta)
3) Dimensionare correttamente la cerniera
Esempio di dimensionamento corretto di una cerniera stampata in fdm
TABELLA REGOLE DI MODELLAZIONE PER STAMPA 3D
SCARICA LE REGOLE DI MODELLAZIONE A QUESTO LINK
stampa questa tabella e appendila sulla tua scrivania per averla sempre sotto occhio
TRE ERRORI DI MODELLAZIONE DA EVITARE
1) NON CONSIDERARE IL MATERIALE DI STAMPA
Non considerare il materiale da utilizzare prima di cominciare la modellazione può
essere un grave errore.
Il motivo è presto detto, non tutti i materiali hanno lo stesso grado di ritiro
Cosa significano questi dati?
Sono la fascia % di deformazione termica che possiamo aspettarci dal materiale.
Quindi fatto esempio una stampa 3D di un cubo 100x100x100 mm
Stampandolo in Peek possiamo aspettarci una dimensione finale di 100x100x100 ± 0.004-0.005 mm.
Il peek è uno dei materiali più tecnici e affidabili.
Stesso ragionamento vale per tutti gli altri materiali, quindi risulta molto importante
RAGIONARE SULLE TOLLERANZE ANCHE IN FUNZIONE DEL MATERIALE CHE
USEREMO.
Non necessariamente bisogna utilizzare quello con minore shrinkage: ogni materiale
ha il suo scopo e le sue proprietà.
2) NON CONOSCERE LA PROPRIA STAMPANTE
Riallacciamoci al primo punto, ma parliamo ora della stampante che andremo a
utilizzare.
E’ assolutamente opportuno:
1) Conoscere il grado di precisione della nostra stampante
Possiamo conoscerlo facendo test di calibrazione molto semplici come stampare
un cubo 20x20x20 e andare a misurare con il calibro centesimale gli scarti tra
misura teorica e misura reale, andando poi a correggere i valori di calibrazione della
stampante (steps estrusore, width da slicer ecc.)
2) Conoscere i limiti della tecnologia
Consulta sempre la tabella che ti ho fornito e verifica quali sono i valori minimi di
dimensonamento dei tuoi modelli in funzione della tua tecnologia, parti da quelli, poi
perfezionali facendo test di calibrazione con la tua stampante.
Non tutti i brand di stampanti hanno la stessa precisione, dipende dal produttore.
3) UTILIZZARE FILE A BASSA RISOLUZIONE
Se hai necessità di utilizzare file modellati da altri per i tuoi progetti fatti sempre inviare
il file alla massima risoluzione in maniera da non avere deformazioni del modello
relative a una semplificazione della mesh.
PERCHE' UTILIZZARE LA STAMPA 3D
La stampa può abbattere tutti i limiti della tua creatività, non ho paura di chiamarla a
tutti gli effetti “UNA RIVOLUZIONE”.
Fino a qualche anno fa chiunque avesse un’idea doveva scontrarsi con gli alti costi dei metodi tradizionali di prototipazione e produzione.
Oggi grazie a una stampante desktop FDM, hai la possibilità di dare vita alle tue idee
con poche centinaia di euro di investimento iniziale.
Potresti creare il tuo nuovo lavoro da questa grande passione, un futuro nella stampa 3D!
Tutto quello che ti serve è tanta passione per studiare i contenuti giusti e imparare
come utilizzare la tua Stampante.
Ti do qualche consiglio:
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materiale Online del pianeta, studia molto ma metti subito in pratica le tue conoscenze, imparerai molto prima sperimentando su una stampante, leggi la mia guida completa sulla stampa 3d fdm.
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• NON ARRENDERTI MAI: il percorso è pieno di difficoltà, le tecnologie cambiano
un giorno dopo l’altro, ma proprio perchè siamo i primi saremo i primi ad arrivare 🙂
Non lasciarti scoraggiare dagli errori ma impara da essi. Sempre.
Alessio Iannone
Founder Binarioprint
Molto interessante, grazie Alessio! P. S. :non commento nulla sui social in quanto ho un profilo collegato al mio datore di lavoro e temo possibili ritorsioni da parte sua…… Comunque continuo a seguire interessato.
Grazie del feedback!
Bellissimo articolo, ho iniziato da poco a stampare in 3d e questa pagina l’ho trovata davvero utile. Non sapevo neanche dell’esistenza dei supporti solubili.. Grazie