Dall’idea alla realizzazione: tutte le fasi di una stampante 3D

La stampa 3D è oggi una tecnologia ad altissime potenzialità, in virtù delle illimitate possibilità di progettazione. Tutto questo è possibile grazie alla semplicità con cui avviene un processo di stampa e al facile utilizzo di stampanti che possono essere anche di piccole dimensioni e ad uso domestico, come ad esempio la Prusa Mini+.

Negli articoli precedenti ci siamo focalizzati sui 3 principali tipi di stampanti 3D, le rispettive caratteristiche, vantaggi e svantaggi, senza soffermarci troppo sul processo di stampa che andremo ad analizzare qui di seguito.

Fase di progettazione

La fase da cui tutto ha inizio è quella della progettazione, comune a tutti i tipi di stampante. Essa consiste nella realizzazione di un modello tridimensionale virtuale da parte di modellatori esperti, o semplicemente nel reperimento nel web (portale thingiverse), o ancora, ulteriore possibilità, tramite scansione 3D di un modello reale. 
Dopo di che, il modello virtuale viene convertito, tramite un apposito software, in un file G-Code (codice macchina), ovvero un elenco di istruzioni compatibili con la propria stampante 3D, per la realizzazione del modello.
Arrivati a questo punto ci sono 2 possibili modi per inviare il file alla stampante ed avviare la stampa:

• attraverso un opportuno software installato sul computer si mandano direttamente le istruzioni alla macchina 
• inserire il file con il codice macchina in una memory card, la quale verrà poi inserita nell’apposito lettore della stampante

Stampante 3D FDM

L’elemento cruciale della tecnologia FDM è l’estrusore, il quale svolge tre funzioni:

1. tira il filamento al suo interno
2. scioglie il filamento, grazie ad un riscaldatore contenuto al suo interno che può arrivare anche fino a 250°C
3. deposita il materiale sulla superficie di lavoro, tramite l’ugello

L’estrusore è montato su supporti che gli permettono di muoversi lungo gli assi x ed y di un piano ed inoltre, deve essere in grado di spostarsi anche verso l’alto al fine di  creare l’oggetto nella sua altezza. Per di più è importante far notare che a volte non è l’estrusore che si muove in verticale bensì il piatto che si sposta verso il basso.
Elemento da non sottovalutare è la buona adesione di cui il piatto di una stampante 3D FDM deve disporre, questo per evitare di far muovere l’oggetto durante il processo di stampa. Per avere questa adesione le opzioni sono due: riscaldare il piatto stesso se il modello di stampante lo permette, o in alternativa, ricorrere all’utilizzo di biadesivo, colla o lacca.

In alcune stampanti di questo tipo, inoltre, c’è la possibilità di regolare il diametro del foro di uscita degli ugelli: con un diametro più grande si impiega meno tempo per una stampa che però risulterà meno precisa.
Si deve quindi raggiungere un giusto compromesso tempo-precisione.

Stampante 3D resina

All’interno della famiglia delle stampanti a resina possiamo distinguere 3 tipologie:

• SLA (stereolitografia basata su laser): un laser UV colpisce la resina liquida andando a formare l’oggetto desiderato punto per punto
• DPL – SLA (Digital Light Processing): la resina viene polimerizzata da un fascio di luce, uno strato alla volta
• LCD (Display a cristalli liquidi): uno schermo LCD si illumina nelle aree specifiche per solidificare la resina, uno strato alla volta

La tipologia di stampante a resina più sviluppata è quella SLA, poniamo quindi la nostra attenzione su di essa.

Dopo aver recuperato un modello 3D da stampare e una bottiglia di resina fotopolimerizzante, il processo di stampa si svolge in modo relativamente semplice. Una precauzione basilare è quella di indossare guanti, mascherina e occhiali protettivi quando si utilizza questo tipo di materiale in quanto tossico. 

Il primo passo è quello di agitare per qualche secondo la resina liquida e versarla nell’apposito contenitore, fino al livello che è generalmente indicato.
Successivamente chiudere il coperchio della stampante che ha la funzione di proteggere la resina nella vaschetta da possibili inquinamenti di luce esterna ed evitare la fuoriuscita di fumi tossici.
Dopo di che, in alcune stampanti, dallo schermo è possibile selezionare il file desiderato e una volta avviata la stampa appaiono indicazioni in merito ad esempio alla durata totale e il numero di strati di cui si compone l’oggetto.
I primi 10 strati vengono esposti al laser per un tempo maggiore rispetto ai successivi e, ad ogni strato dell’oggetto in fase di creazione, il piano si sposta verso l’alto per staccare il modello dalla resina liquida nella vaschetta, in modo tale da permettere al liquido di livellarsi bene per lo spessore successivo.

Una volta terminato tutto il processo, l’oggetto è capovolto a testa in giù, per questo motivo, dopo aver “allentato” il piatto di stampa mediante un’apposita manopola ed averlo rimosso dalla stampante, con l’aiuto una spatola si stacca il risultato finale, pronto per le eventuali lavorazioni post-stampa.

Stampante 3D SLS

Le stampanti 3D SLS si caratterizzano per l’utilizzo di un laser molto potente che va a sinterizzare piccole particelle di polvere polimerica, trasformandole in un oggetto solido. 

Come prima cosa viene riscaldata la camera di lavoro della stampante in modo tale da farla funzionare al meglio, fase che richiede diverse ore. 
Lo step seguente prevede la deposizione, sul piano di lavoro situato nella cosiddetta camera di stampa, di un sottile strato di polvere. Queste prime particelle di materiale vengono preriscaldate ad una temperatura leggermente inferiore al loro punto di fusione, al fine di permettere al laser di raggiungere più facilmente le aree specificate dal modello 3D in cui fondere la polvere.
Il piano di lavoro scende man mano che la stampa procede e su di esso, di volta in volta, viene depositato un piccolo strato di polvere attraverso un recoater, ovvero un braccio meccanico, che preleva il materiale da un “magazzino” laterale.
Una volta depositato lo strato, il laser parte e va a solidificare le varie parti grazie ad un gioco di specchi.

Alla fine di tutto il processo di stampa, il piano in cui si trova l’oggetto sarà sul fondo della camera di lavoro e, a differenza degli altri tipi di stampanti, la vasca in cui si trova il piano di lavoro, sarà piena di materiale. Per questo motivo si deve prima rimuovere tutta la polvere in eccesso per arrivare poi ad avere l’oggetto tridimensionale.
Il passaggio finale consiste nel rifinire i pezzi estratti per renderli lisci ed omogenei.

Abbiamo quindi capito che ogni tipo di stampante 3D ha una diversa modalità di funzionamento. La scelta dipenderà sempre dall’oggetto che si vuole realizzare, dalla precisione richiesta, dal tempo a disposizione e dalle risorse a disposizione.
Le indicazioni da noi fornite potrebbero non risultare compatibili con il modello di stampante in tuo possesso. Il nostro consiglio è quello di consultare sempre il libretto delle istruzioni o fare gli opportuni approfondimenti prima di dare avvio alla realizzazione di modelli 3D.

Facci sapere nei commenti se hai trovato quello che cercavi o se vorresti approfondire qualche altro argomento. 3DFlix è in continua evoluzione, pronto a soddisfare ogni tua curiosità. Buona stampa!