La domanda che ci poniamo spesso è come funzionano le stampanti 3D? Ogni stampante 3D costruisce oggetti con lo stesso principio: un modello digitale viene trasformato in un oggetto fisico tridimensionale aggiungendo materiale uno strato alla volta. Da qui il termine alternativo Produzione additiva.
La stampa 3D è un modo fondamentalmente diverso di produrre oggetti rispetto alle tradizionali tecnologie di produzione sottrattiva (lavorazione CNC) o formativa (stampaggio a iniezione).
Il processo di stampa 3D inizia sempre con un modello 3D digitale, solitamente ottenuto con software CAD. Questo modello viene poi elaborato da un altro software chiamato slicing che suddivide l'oggetto disegnato in 3D in sottili strati bidimensionali (layer) e poi trasformato in un insieme di istruzioni in linguaggio macchina (codice G) da interpretare ed eseguire dalla stampante. .
Da qui, il modo in cui funziona una stampante 3D varia in base al processo. Ad esempio, le stampanti desktop FDM fondono i filamenti di plastica e li posizionano sulla piattaforma di stampa attraverso un ugello (come una pistola per colla a caldo comandata da un motore).
I materiali disponibili variano anche in base al processo. La plastica è di gran lunga la più comune, ma anche i metalli possono essere stampati in 3D. Le parti prodotte possono anche avere un'ampia gamma di proprietà fisiche specifiche, che vanno da oggetti otticamente trasparenti a oggetti simili alla gomma.
A seconda delle dimensioni della parte e del tipo di stampante, una stampa richiede in genere molte ore per essere completata e spesso le parti stampate in 3D richiedono un po' di post-produzione per raggiungere il livello di finitura superficiale desiderato. Questi passaggi richiedono tempo e impegno aggiuntivi (di solito manuali).
La stampa 3D può essere classificata in questi sette gruppi:
Sebbene l'accuratezza e la risoluzione dimensionale siano inferiori rispetto ad altre tecnologie, la stampa 3D FDM, ovvero con produzione additiva, è il metodo più comune ed economico per produrre parti e prototipi termoplastici personalizzati ed è il metodo su cui ci concentreremo maggiormente.
Una bobina di filamento viene caricata nella stampante e quindi alimentata alla testa di estrusione, che è dotata di un ugello riscaldato. Una volta che l'ugello raggiunge la temperatura desiderata, un motore fa passare il filamento attraverso di esso, fondendolo.
Grazie a motori passo-passo, la stampante muove la testa di estrusione, posizionando il materiale fuso in punti precisi, dove si raffredda e si solidifica (come una pistola per colla a caldo molto precisa). Alla fine di un livello, la piattaforma di costruzione (o struttura) si sposta verso il basso e il processo si ripete fino al completamento della parte.
Dopo la stampa, la parte è solitamente pronta per l'uso, ma potrebbe essere necessaria una post-elaborazione, come la rimozione delle strutture di supporto o la levigatura della superficie.
Negli ultimi anni le stampanti 3D hanno raggiunto prezzi molto convenienti grazie alla loro facilità d'uso, diffusione e vendita in kit da assemblare.
Anet A8 è una stampante 3D ad asse cartesiano ideale per iniziare, ha uno schermo LCD e una tastiera per un facile utilizzo offline e può gestire un volume di costruzione di 220 x 220 x 240 mm con uno spessore dello strato di stampa di 0,1 mm. Può funzionare con filamenti di plastica di tipo ABS / PLA / HIPS.
Viene venduto in kit da assemblare su Amazon a ,00 euro.
Con l'Ender 3 si sale un po' di livello, ha una struttura tutta in alluminio, tutte le parti mobili scorrono su cuscinetti in gomma e il motore spingifilo è separato dall'estrusore per non affaticare il movimento dell'asse x. Viene venduto in kit semimontato, molto veloce e facile da montare, è in offerta su Amazon a 189,00 euro
Ogni processo di stampa 3D è compatibile con materiali diversi. Sia le plastiche termoplastiche che quelle termoindurenti) sono di gran lunga le più utilizzate.
La plastica per stampanti 3D è un materiale leggero con un'ampia gamma di proprietà fisiche, adatto sia per scopi di prototipazione che per alcune applicazioni funzionali.
Le materie plastiche sono o termoplastiche (con FDM o SLS), che sono generalmente più adatte per applicazioni funzionali, o termoindurenti (con SLA/DLP o Material Jetting), che sono generalmente più adatte per applicazioni che richiedono un buon aspetto visivo.
Esistono molti tipi di filamenti in plastica adatti alle stampanti 3D, sono disponibili in bobine fino a 2 kg anche su eBay o Amazon, i filamenti più utilizzati sono in PLA, ABS, PETG e TPU, vediamo le caratteristiche dei primi due tipi .
I vantaggi riguardano la grande varietà di colori, la bassa dilatazione termica, è biodegradabile e non emette odori durante la stampa.
È invece fragile in caso di caduta, è difficile da lavorare per la finitura post stampa, è sensibile all'umidità e all'invecchiamento, si rammollisce già a 50/60 gradi. Uno dei materiali più apprezzati grazie alla sua bassa temperatura di stampa - intorno ai 200°C - e all'ottima resa visiva e fisica. Ammorbidendo a temperature relativamente basse, teme anche il calore generato in un'auto lasciata al sole. Consigliato come materiale per le stampe di tutti i giorni e per i primi passi. Non richiede un letto riscaldato.
Una bobina da 1 kg di filamento PLA è acquistabile su Amazon a 23,99 euro
Tra le qualità troviamo la robustezza, non si ammorbidisce fino a circa 89°C, facile da rifinire e lavorare dopo la stampa anche con solventi, è più resistente agli agenti atmosferici, è il materiale con cui è nata la stampa 3D FDM e quindi si affida su decine di anni di esperienza pregressa.
Richiede invece un'elevata temperatura di stampa, ha un elevato ritiro in fase di raffreddamento, necessita di letto riscaldato e camera chiusa, emette odori e fumi durante la stampa. Con ABS puoi stampare parti adatte all'uso pratico, come parti di un modello radiocomandato o elementi di un progetto meccanico. Le parti delle prime stampanti RepRap sono state stampate in ABS grazie alla loro robustezza. Sfortunatamente, l'elevato restringimento durante il raffreddamento richiede una certa esperienza nella stampa e nel calcolo delle dimensioni del modello 3D. In assenza di un letto riscaldato e di una camera di stampa chiusa, è possibile adottare espedienti per migliorare l'adesione, ma solo per pezzi piccoli e stampare parti di grandi dimensioni (più grandi di 10 cm su x o y) diventa una sfida.
Una bobina da 1 kg di filamento ABS è acquistabile su Amazon a 22,99€
Esistono tre categorie principali di software 3D, strumenti CAD, modellazione gratuita e strumenti di scultura. Mentre gli strumenti di ogni categoria possono generare modelli adatti alla stampa 3D, il modo in cui vengono generati gli input è diverso. Gli strumenti CAD si basano sull'utilizzo e sulla modifica di forme geometriche per costruire modelli, mentre gli strumenti di modellazione a mano libera consentono maggiore libertà consentendo di creare forme a mano libera. Gli strumenti per scolpire sono come usare l'argilla digitale che puoi spingere, tirare, pizzicare e afferrare per formare i tuoi modelli.
I software più utilizzati per la modellazione 3D sono:
Come accennato, il software di slicing permette di convertire il modello 3D creato in precedenza in istruzioni nel linguaggio (G-Code) comprensibile dalle stampanti 3D, il file risultante conterrà tutti i comandi per muovere i motori e i vari componenti per la realizzazione di l' oggetto strato per strato. Il software di affettatura permette di impostare tutti i parametri di stampa, come l'altezza e la larghezza degli strati, la densità di riempimento, la velocità della testina, la temperatura e molti altri che insieme permettono la buona riuscita della stampa. Anche in questo caso abbiamo a disposizione molti software gratuiti o a pagamento, vediamo quelli più utilizzati.
Spesso, per non dover progettare da zero un oggetto con software di modellazione, si utilizzano progetti già pronti nei vari repository online. I repository sono siti web che in vari casi offrono la possibilità di scaricare gratuitamente progetti 3D già pronti. I repository sono frequentati da vere e proprie community di appassionati che mettono a disposizione degli altri i propri progetti, tra i più gettonati ci sono: