Corso formazione Materie Stem: Stampante 3D

Una stampante 3D è un dispositivo utilizzato per creare oggetti tridimensionali come giocattoli, strumenti, parti di aeromodelli e altro ancora da un file digitale 3D. Circa 10 anni fa la stampa 3D era relativamente sconosciuta e inutilizzata al di fuori della comunità professionale. Le macchine erano molto costose e sofisticate, progettate appositamente per l’uso industriale e non proprio alla portata del grande pubblico e venivano utilizzate per lo più da progettisti e ingegneri per realizzare complessi prototipi di pre-produzione, o dispositivi una tantum.

Oggi le stampanti 3D stanno diventando sempre più accessibili al grande pubblico, con prezzi competitivi, bassa manutenzione e una moltitudine di funzioni. Con essa, il mercato sta sperimentando un enorme afflusso di stampanti 3D, con nuovi modelli che vengono rilasciati quasi ogni settimana. Nel prossimo futuro, avere una stampante 3D a casa sarà comune come avere un televisore o un computer desktop. Tuttavia, la domanda rimane: come scegliere una stampante 3D che si adatti alle proprie esigenze?

Tecnologia di stampa 3D

La prima cosa da sapere sulle stampanti 3D è la tecnologia di stampa, poiché non tutte le stampanti usano la stessa tecnologia. La maggior parte delle stampanti 3D domestiche utilizza un processo chiamato “Fused Deposition Modeling” (FDM), talvolta chiamato anche “Fused Filament Fabrication” (FFF) o “Plastic Jet Printing” (PJP). Questa tecnologia di stampa è il processo di realizzazione di un oggetto tridimensionale mediante la stesura di strati successivi di uno specifico materiale (normalmente plastico) strato per strato fino a realizzare l’intero oggetto. Gli strati sono come sezioni trasversali orizzontali dell’oggetto che sono state create dal software di modellazione 3D e che si formano per estrusione di una lunghezza continua di materiale plastico utilizzando un ugello riscaldato che si indurisce quasi immediatamente dopo l’estrusione. Alcune altre stampanti 3D domestiche utilizzano un processo chiamato “Stereolitografia” (SLA) in cui un laser solidifica strato su strato di resina fotosensibile per formare il pezzo.

Materiale di stampa, filamento e bobine

La prossima cosa da considerare è il materiale di stampa compatibile in sé. La maggior parte delle stampanti 3D utilizza una bobina di filamento in ABS (acrilonitrile butadiene stirene) o PLA (acido polilattico) disponibile in tutti i tipi di colori. Molte stampanti in passato usavano sia ABS che PLA, e molte lo usano ancora (come il Cube o il CEL Robox). Questi due materiali plastici sono noti come termoplastici, il che significa che possono essere riscaldati per diventare flessibili (semiliquidi) e non appena vengono raffreddati ritornano ad essere solidi, non importa quanto il processo sia ripetuto.

Il materiale ABS è flessibile, resistente e ha una resistenza alle alte temperature, per questo è preferito dai professionisti. Il PLA può produrre spessori di strato più sottili, angoli stampati più nitidi ed è disponibile in una vasta gamma di colori che lo rende preferito da scuole e hobbisti. Una differenza importante, tuttavia, tra l’ABS e il PLA è che il PLA è a base di mais e come tale è significativamente più biodegradabile.

Ci sono diverse altre opzioni disponibili:

– Nylon : Ci sono diversi tipi di materiale Nylon utilizzato nella stampa 3D, il più popolare è il Nylon 618. Ha un colore bianco naturale che può essere colorato secondo i vostri gusti. Ha una grande biocompatibilità e viene utilizzato soprattutto nell’industria medica.

– Resina : Questo materiale crea oggetti particolarmente lisci e precisi con la sua ricca texture. Tuttavia, l’esposizione di un oggetto stampato in resina alla luce UV ne provoca lo scolorimento. Gli utilizzatori di questo tipo di materiale di solito dipingono il modello con vernice dopo la stampa.

– Legno : Questo filamento è un mix di legno riciclato e polimero legante. Se vi piace creare oggetti che sembrano e odorano di legno, questo materiale da stampa fa per voi. Il processo di stampa con il legno è molto simile a quello con ABS e PLA.

– HIPS : Il filamento di polistirolo ad alto impatto è un buon esempio di materiale di supporto 3D. Ha una proprietà interessante che lo rende adatto come materiale di supporto. Tuttavia, i suoi filamenti hanno problemi di adesione, che possono essere ridotti utilizzando un letto riscaldato durante la stampa.

– Acciaio inossidabile : Questo materiale è una miscela di ibrido di acciaio inossidabile e bronzo. È il più duro di tutti i materiali per la stampa 3D. Di solito, le stampanti 3D desktop non possono stampare in questo materiale.

ABS e PLA sono disponibili in bobine con due diametri di filamento comuni: 1.75mm o 3mm, e non tutte le stampanti 3D sono compatibili con entrambi i diametri. Va notato che alcune stampanti 3D hanno una speciale cartuccia in ABS o PLA e come tale, si consiglia vivamente di acquistare un filamento di ricambio prodotto dallo stesso produttore della stampante 3D.

A differenza del filamento che è diventato quasi standardizzato in due dimensioni (1,75 mm e 3 mm), le bobine sono ancora disponibili in molte dimensioni diverse. La misura e le dimensioni della bobina è una caratteristica importante da considerare, poiché è diversa da una stampante all’altra. La prima cosa da notare, è che alcune stampanti 3D hanno un supporto chiuso per la bobina del filamento mentre altre ne contengono uno aperto. Di solito, le stampanti con un supporto chiuso per la bobina prendono bobine realizzate dallo stesso produttore o, a volte, realizzate appositamente per quella stampante 3D. Per scegliere una bobina di filamento appropriata per la stampante 3D, potrebbe essere necessario conoscere il diametro esterno, il diametro interno della bobina, il diametro del foro di montaggio e il peso.

Attributi di stampa 3D

Suggeriamo di scegliere una stampante 3D adatta alle vostre esigenze in base a diversi attributi prestazionali chiave. Ecco alcuni aspetti delle prestazioni di stampa 3D da considerare quando si confrontano le stampanti 3D :

– Volume di costruzione/area di stampa: Ovviamente più grande è l’area di costruzione, più grandi sono gli oggetti che possono essere creati all’interno della stampante. Il più grande volume di costruzione per le stampanti 3D commerciali al momento ad oggi è disponibile con la stereolitografia (SLA) che permette a progettisti e ingegneri di stampare fino a 1m³ di oggetti (le stampanti “una tantum” hanno creato parti ancora più grandi). Per la maggior parte delle stampanti 3D desktop / hobby, il volume di costruzione non supererà i 380mm³. Di solito, i produttori di stampanti 3D forniscono il volume di costruzione o le dimensioni (larghezza x profondità x altezza) in pollici o millimetri.

– Velocità di stampa : Una tipica stampante da tavolo FDM 3D stampa da ~40mm/s a 150mm/s. Ciò significa che la stampante è in grado di estrudere 40-150 mm/sec di filamento fuso ogni secondo. Questo attributo dipende direttamente dalla risoluzione di stampa. Più alta è la risoluzione, più lenta è la velocità e viceversa. Anche il tipo di materiale utilizzato e il livello di complessità della stampa possono influenzare la velocità di stampa. Pur avendo lo stesso volume, un modello con molti angoli e bordi sarà stampato più lentamente di una sfera, per esempio.

– Risoluzione dei livelli : Come per la fotografia, si può scegliere la risoluzione dell’oggetto finale stampato e si può scegliere di creare oggetti ad alta e bassa risoluzione. Un oggetto ad alta risoluzione tende ad essere relativamente liscio, ha strati molto sottili e a volte (con una risoluzione molto alta) è difficile vedere ogni singolo strato, mentre un oggetto a bassa risoluzione ha strati più spessi ed è facile vedere ogni strato. Alcune stampanti 3D permettono di inserire un valore della risoluzione del layer (ogni stampante ha valori min e max) mentre altre forniscono due o più opzioni di risoluzione come “bassa”, “media” e “alta”.

– Estrusori: Nelle stampanti FDM, l’assemblaggio dell’estrusore prevede un ugello di stampa riscaldato (la parte responsabile della fusione e dell’estrusione dei materiali di stampa), nonché un motore che forza il filamento nell’ugello, un sensore di temperatura e spesso cronometra un sistema di raffreddamento per il motore stesso. Un aspetto importante da considerare è il numero di estrusori che una stampante 3D include. Più di un estrusore permette di stampare un oggetto in diversi colori e/o materiali diversi. La maggior parte delle stampanti 3D sul mercato ha un ugello per ogni estrusore, ad eccezione della stampante 3D CEL Robox che ha due ugelli con un estrusore e questo sistema a doppio ugello può migliorare la velocità di stampa fino al 300%.

Caratteristiche della stampante 3D

Oltre alla stampa di oggetti 3D, le stampanti 3D offrono molte caratteristiche interessanti che possono rendere l’esperienza di stampa abbastanza facile e divertente. Alcune di queste caratteristiche sono elencate qui di seguito:

– Connettività : La maggior parte delle stampanti 3D si basano su una connessione USB (per lo più di tipo B) e su un computer per stampare un oggetto utilizzando un software di taglio. Alcune stampanti hanno la possibilità di stampare via Ethernet o in modalità wireless utilizzando una connessione WiFi (da un PC o anche da un telefono cellulare). È interessante sapere che alcune stampanti 3D includono uno slot per schede USB o SD in modo da non dover dipendere da un computer esterno durante il processo di costruzione.

– LCD e Display : È sempre un piacere avere un display visivo sui gadget e con le stampanti 3D, questo non fa eccezione. Può essere un display LCD a caratteri o grafico, touchscreen o anche alcuni LED colorati che trasmettono informazioni utili per la stampa, come ad esempio l’avanzamento della stampa.

– Assembled vs Kit : Oggi è più facile che mai costruire gadget e inventare dispositivi a casa. Alcuni produttori di stampanti 3D danno all’utente la possibilità di assemblare la propria stampante 3D senza troppe difficoltà. Non tutte le stampanti 3D vengono assemblate, alcune di esse vengono fornite in un kit fai da te come la Makeblock Constructor 3D Printer. Questo approccio si traduce spesso in un risparmio di prezzo, poiché il produttore non ha bisogno di assemblare, calibrare e testare la macchina.

Ulteriori caratteristiche delle stampanti 3D

Le stampanti 3D sono disponibili in diverse forme e design, ma anche una serie di funzionalità e accessori extra. Prima di acquistare una stampante 3D, sarebbe saggio prendere in considerazione alcune di queste caratteristiche aggiuntive. Ecco alcuni esempi che la vostra futura stampante 3D potrebbe includere :

– Stampante 3D All-in-One : Una stampante 3D che combina copia, stampa, scansione e fax in una sola macchina.

– Telecamera : Una telecamera a bordo può essere utile per il monitoraggio delle stampe. Per lo più, la fotocamera è accessibile attraverso un PC o un telefono cellulare in modo che possiamo sempre avere un occhio sui nostri oggetti in corso di stampa e scattare facilmente le foto della stampa finale.

– Riconoscimento automatico del materiale : Alcune stampanti 3D riconoscono automaticamente il materiale di stampa installato. A seconda del tipo di filamento, il display della stampante mostrerà PLA, ABS o altro materiale. Come la stampante 3D CEL Robox® Dual-Head.

– Estetica : Anche se non è una caratteristica tecnica, l’aspetto di una stampante può giocare un ruolo importante e influenzare la nostra scelta. Per questo motivo, le nuove stampanti 3D hanno cornici attraenti, e le macchine non hanno più l’aspetto di qualcosa che è stato messo insieme in un garage.

Software di stampa 3D

La maggior parte delle stampanti 3D fornisce il proprio software di stampa 3D in grado di aprire e stampare file STL. Un file STL è il formato di file standard che si potrebbe utilizzare per stampare il modello 3D in un oggetto fisico. Esso contiene le informazioni (serie di triangoli e le loro coordinate XYZ) necessarie per produrre un oggetto fisico strato per strato. Come una tradizionale stampante 2D, con un software di stampa 3D è possibile ruotare, scalare e ridimensionare il modello. Si possono anche scegliere diverse impostazioni di stampa 3D, come lo spessore del livello e il tipo di riempimento. Tuttavia, per progettare e creare i propri oggetti, potrebbe essere necessario un software di modellazione 3D. Esiste un’ampia gamma di software di modellazione 3D gratuiti e commerciali che vi aiuteranno a dare vita alla vostra creazione (123D Design, Sketchup, Autodesk Inventors Fusion…). Il file STL può essere generato utilizzando la maggior parte dei programmi di modellazione 3D.