La storia
La stampa 3D nasce nel 1986 con la pubblicazione del brevetto di Chuck Hull, che inventa la stereolitografia, che egli stesso definisce:
“Un sistema per generare oggetti tridimensionali basato sulla creazione di un modello trasversale dell’oggetto da costituire, sulla superficie di un medium fluido capace di alterare il suo stato fisico in risposta a stimoli sinergici quali radiazione incidente, bombardamento di particelle o reazioni chimiche, in lamine adiacenti che rappresentano le sezioni trasversali adiacenti successive dell’oggetto che si integrano tra loro, provvedendo ad una progressiva crescita per apposizione dell’oggetto desiderato, per cui un oggetto è creato da una superficie sostanzialmente planare del medium fluido durante il processo di formazione.”
Dal 1986 la stampa 3D si è evoluta e differenziata, con l’introduzione di nuove tecniche di stampa e di innumerevoli materiali con diverse caratteristiche meccaniche, stampabili sia da soli che in combinazione, permettendo la diffusione di questa tecnica di produzione in molti ambiti, che spaziano dall’industria all’ambito medico e domestico.
A partire dal 2009, con la scadenza del brevetto sulla tecnologia FDM, il costo delle stampanti 3D si è considerevolmente ridotto, rendendole economicamente accessibili alle piccole e medie imprese e favorendone l’ingresso nelle case.
Stampanti 3D
Sul mercato esistono diversi tipi di stampanti 3D. Alcune utilizzano luci laser o proiettori DLP per fotopolimerizzare resine sensibili alla luce oppure per sinterizzare polveri di materiale plastico o metallico.
L’articolo si soffermerà principalmente sulle stampanti FDM, di solito più comuni, che utilizzano il calore per fondere il materiale per poi depositare uno strato dello stesso sul piatto di stampa.
Ne esistono di tre tipi:
1 Cartesiane
2 Delta
3 Polari
Stampanti 3D Cartesiane sono le più comuni. Per determinare la posizione dell’estrusore si basano sullo spostamento su tre assi: X, Y, Z. Questo non vuol dire che funzionano tutte allo stesso modo. Ad esempio alcune hanno il piatto che si muove in altezza e l’estrusore che percorre X e Y. In altre invece il piatto si muove sull’asse Y e l’estrusore percorre gli assi X e Z.
Stampanti 3D Delta generalmente si sviluppano in verticale, hanno una struttura a base triangolare e il piatto di stampa circolare. Il piatto di stampa rimane fermo e il movimento dell’estrusore sugli assi è determinato dallo scorrimento di tre braccia su altrettante guide verticali. Ha una velocità di stampa maggiore alle cartesiane, a parità di volume di stampa risultano però essere più ingombranti.
Stampanti 3D Polari di concezione più recente e meno diffuse. L’estrusore si muove solo in altezza mentre il piano di stampa ruota su se stesso e contemporaneamente si muove lungo un asse. Ne risulta una stampante leggera e di semplice costruzione. In rapporto all’ingombro della macchina ha un grande volume di stampa.
Le meccaniche di stampa FDM sono diverse, ma non ne esiste una migliore in assoluto: ognuna presenta pregi e difetti e ciascuna trova maggiore consenso in base all’utilizzo. Perciò, chi è alla ricerca di una stampante da acquistare, come prima cosa deve analizzare le proprie esigenze.
Sul web sono presenti molte piattaforme di condivisione in cui sono presenti tantissimi progetti, il più famoso tra tutti è sicuramente Thingiverse. Su questi siti è possibile trovare oggetti da stampare di ogni genere e dato che chiunque potenzialmente può creare e condividere file pronti per essere inviati alla stampante 3D, questi database si arricchiscono ogni giorno di più.
Scelto il progetto da stampare si passa su un software al pc nel quale vengono impostate le preferenze di stampa, tra cui:
- Tipo di materiale utilizzato
- Orientamento e posizione della stampa sul piatto
- Temperatura del nozzle e del piatto di stampa (utile in alcuni casi per facilitare l’adesione dell’oggetto stampato al piatto)
- La presenza o meno di supporti che sostengono i punti della stampa che altrimenti non avrebbero un appoggio
- La percentuale di riempimento che dovrà avere l’oggetto finito
Questi sono tra i parametri che maggiormente vengono utilizzati ma ce ne sono molti altri che permettono di stampare lo stesso oggetto con caratteristiche strutturali differenti e che bisogna impostare al meglio perché il risultato finale sia ottimale.
Componenti e funzionamento:
Il processo di fusione del filamento di materiale plastico, nelle stampanti FDM, avviene nell’HOTEND che è così composto:
- GOLA nel quale passa il filamento, ha la funzione di guidare il materiale verso l’estrusione
- BLOCCO RISCALDANTE dove il materiale viene riscaldato alla temperatura preimpostata, passando dallo stato solido a quello fluido
- UGELLO (o NOZZLE) è la parte finale da cui, tramite un piccolo foro, viene estruso il materiale per poi depositarsi sul PIANO DI STAMPA
- Una VENTOLA è posizionata in modo da raffreddare il materiale appena estruso garantendo una risolidificazione più rapida.
- L’ESTRUSORE è il componente che si occupa di caricare il filamento all’interno dell’HOTEND. Può essere collegato direttamente all’HOTEND (direct drive) oppure sul telaio della stampante (bowden), in questo caso tra ESTRUSORE e HOTEND è presente un tubo in PFTE nel quale all’interno scorre il filamento che viene così indirizzato all’interno della GOLA dell’HOTEND.
- Il materiale estruso viene depositato su una superficie piana, il LETTO DI STAMPA, che può essere riscaldato o non riscaldato. Riscaldare il piano di stampa è utile nel caso in cui si stampassero materiali ad alta dilatazione termica, durante il raffreddamento la stampa potrebbe subire una deformazione facendola staccare dal letto di stampa.
- Tramite dei MOTORI e delle GUIDE la stampante è in grado, spostando il letto di stampa e\o l’HOTEND, di depositare uno strato di materiale.
- Dopo aver depositato uno strato di materiale sul letto la stampante ne deposita un secondo sopra il primo, per poi passare a quello successivo e così via. Questi strati sono chiamati LAYER.
- Una volta depositato l’ultimo LAYER la stampa è pronta per essere rimossa dal PIANO.
Filamenti
Esistono tanti tipi di materiali, con caratteristiche differenti. Bisogna quindi scegliere tra tutti il materiale con le caratteristiche che più si addicono al nostro scopo. Questi materiali vengono venduti in filamenti avvolti in delle bobine, il diametro dei filamenti in commercio può variare ma il più utilizzato è quello da 1,75mm.
Tra i tanti esistenti i più comuni sono:
La sua resistenza meccanica non è elevata, può quindi essere utilizzato per la creazione di oggetti che non vengono posti a grossi sforzi. Ha però dalla sua parte alcune caratteristiche che lo rendono probabilmente il materiale più utilizzato nella stampa 3D “domestica”. Economico e di semplice utilizzo, non necessita del letto riscaldato, ha una temperatura di fusione molto bassa che si aggira tra i 190°C e i 220°C. Esistono diversi tipi di PLA e in molteplici colori. Alcuni filamenti particolari presentano all’interno una percentuale più o meno alta di un diverso materiale, così che l’oggetto stampato assuma caratteristiche, più che visive che strutturali, simili al materiale inglobato nel filamento. Un esempio è il PLA WOOD in cui all’interno sono inserite fibre di legno. O il PLA GLOW, si ricarica alla luce per poi illuminarsi al buio. Un altro tipo è il PLA PLUS, non differenzia tanto dal comune PLA ma a stampa terminata si avrà un oggetto più lucido e una migliore qualità superficiale.
Ha una temperatura di fusione più alta che può arrivare oltre i 260°C. Ha una buona resistenza meccanica e termica che gli permettono di essere utilizzato per creare oggetti che subiscono sollecitazioni e sforzi maggiori rispetto ad un oggetto stampato in PLA. Inoltre può essere sottoposto a bagni di acetone che gli conferiscono un aspetto liscio e lucido, facendo sparire le righe dei vari layer. Bisogna ricordare però che durante l’estrusione di questo materiale vengono a crearsi fumi nocivi per la salute, bisogna quindi fare attenzione e procedere con la stampa in un luogo ben ventilato. Anche la notevole variazione di dilatazione termica può creare qualche fastidio. Bisogna quindi utilizzare un letto riscaldato per ridurre il pericolo che la stampa si stacchi dal letto stesso. Alcune stampanti sono dotate di un box che circonda l’area di stampa, questo riduce sia l’esposizione ai fumi creati durante la fusione del materiale che, mantenendo una temperatura costante all’interno dell’area di stampa, il pericolo che si creino imperfezioni nell’oggetto finito.
E’ una via di mezzo tra PLA e ABS, ha una buona resistenza termica e meccanica ed è economico. Non rilascia fumi tossici, richiede però sostanze pericolose per poter essere pitturato. La temperatura di stampa può variare in base al tipo adoperato. Non avendo le problematiche dell’ABS ma mantenendo comunque discrete caratteristiche strutturali, si propone come suo ottimo sostituto.
E’ un materiale termoplastico entrato in commercio per la stampa 3D piuttosto recentemente, nel 2018. Morbido, estremamente resistente e flessibile. Molto resistente all’azione di agenti chimici, acidi, grassi, alcali. Non assorbe l’acqua. Ha un’alta adesione tra gli strati e aderisce molto bene anche sul piano. Per la stampa è preferibile l’utilizzo di un ESTRUSORE DIRECT DRIVE.
La stampa 3D, oltre ad essere già di ampio impiego nei campi più svariati, apre infinite possibilità di sperimentazione ad un pubblico di consumatori molto vasto. Anche se il primo approccio potrebbe scoraggiare qualcuno, in realtà le conoscenze base per poter iniziare ad avventurarsi in questo mondo sono abbastanza semplici da imparare. Nelle successive guide verranno trattati argomenti più specifici con l’intento di esporre queste basi a chiunque le volesse approfondire.
Ti ricordo che RhobbyFPV fa servizio stampa 3D, contattalo ora per un preventivo.
