Guida a tutto ciò che deve sapere sulla stampa 3D

 Questo articolo fungerà da guida di riferimento per gli aspiranti professionisti della produzione additiva che desiderano avventurarsi nella stampa 3D. Comprenderà le basi delle stampanti 3D desktop, la distinzione di base tra due forme, le stampanti FDM e SLA, il software di progettazione e la sua funzione, il processo di calibrazione, alcuni problemi comuni durante il processo di stampa 3D, i risultati di successo e l'utilizzo in vari settori, tra cui l'assistenza sanitaria, l'industria automobilistica, l'istruzione e molti altri. Impari i principi della stampa 3D per poter essere coinvolto in questo promettente settore.

Guida per principianti alla stampa 3D: Ecco tutto quello che dovrebbe sapere

Questa tecnologia ha portato benefici a molti settori, perché la stampa 3D è uno strumento unico che può essere utilizzato per fabbricare oggetti in modo efficace. Attraverso lo stampaggio a iniezione e altri processi di produzione additiva come FDM, SLS, SLA, ha rivoluzionato la progettazione di prodotti e lo sviluppo di prototipi. In particolare, ha dimostrato di funzionare in settori come la prototipazione, l'istruzione, la medicina e altri, a dimostrazione della sua versatilità.

Per rendere la guida completa per un nuovo arrivato nel mondo di Stampa 3DQuesta guida cercherà di descrivere tutti i fattori e le condizioni necessarie che ogni persona deve considerare all'inizio. Si parlerà dei fondamenti della stampa 3D, dei tipi di stampanti come FDM, SLS e SLA, delle cose da considerare al momento della progettazione, se si è alle prime armi con la stampa 3D, e di alcune delle cose in cui è probabile imbattersi. Inoltre, verranno discusse le possibilità di utilizzo delle stampanti 3D nei settori automobilistico, aerospaziale e altri ancora. Al termine di questa guida, i lettori avranno le conoscenze fondamentali per intraprendere il loro viaggio nella stampa 3D.

Nozioni di base della stampa 3D

Che cos'è la stampa 3D?

La stampa 3D è generalmente identificata come stampaggio a pila o manifattura additiva; si tratta di un processo di creazione di oggetti di natura tridimensionale a partire da archivi pecuniari o digitali. Invece della produzione sottrattiva, che rimuove il materiale ed è più convenzionale, la stampa 3D deposita strati di un materiale seguendo un determinato progetto 3D.

Storia della stampa 3D

La stampa 3D risale agli anni '80, quando Chuck Hull sviluppò il primo approccio commerciale per lo sviluppo di un oggetto, noto come stereolitografia. Negli anni '90 sono stati sviluppati altri metodi, tra cui la modellazione a deposizione fusa e la sinterizzazione laser selettiva. Sebbene la tecnologia di stampa 3D abbia ricevuto attenzione negli anni 2000, ha iniziato a sperimentare una certa propensione negli anni 2010, quando sono stati concessi i brevetti, riducendo così i tempi di sviluppo. Costi della stampante 3D.

Quali sono le modalità di lavoro della stampa 3D?

La stampa 3D richiede un modello 3D, che viene tagliato in strati sottili dal relativo software di stampa 3D prima di essere elaborato. La stampante sintetizza ulteriormente questa struttura manipolando e solidificando questi strati successivi dal materiale dato, utilizzando diverse forme di produzione additiva. Vengono depositati in strati come l'estrusione di materiale termoplastico riscaldato (Fused Deposition Modeling/FDM), la polimerizzazione di resina fotopolimerica liquida mediante laser ultravioletti (Stereo-litografia/SLA), o la fusione di particelle che possono essere di plastica, metallo o qualsiasi composizione, utilizzando una fonte di energia come il laser (Selective Laser Sintering/SLS o Selective Laser Melting/SLM).

Tipi di stampanti 3D

Modellazione a deposizione fusa (FDM)

La FDM è la stampante 3D più comune e meno costosa sul mercato tra tutte le opzioni disponibili. In FDMI polimeri riciclati come PLA, ABS, HIPS e così via, sotto forma di filamenti, vengono inseriti nella stampante da un ago di estrusione riscaldato. Successivamente, la stampante muove l'ugello con molta attenzione, con l'aiuto del codice G, per estrudere strati sottili di plastica fusa per costruire l'oggetto dalla base a strati.

Sinterizzazione laser selettiva (SLS)

La SLS opera sul meccanismo del letto di polvere come altre tecnologie AM; dove un laser ad alta potenza fonde selettivamente particolari regioni di un materiale in polvere - nylon, metalli, sabbia o persino cellule - in una forma solida di un oggetto di stampa 3D. Le configurazioni sfaccettate che hanno sezioni definite che si muovono all'interno possono essere sviluppate in modo molto semplice. Stampanti SLS sono generalmente più costosi di altri, ma sono in grado di creare prototipi funzionali e completi e parti di prodotti finali a un ritmo più veloce.

Stereolitografia (SLA)

La SLA solidifica la resina fotopolimerica liquida in parti solide, seguendo il modello digitale, strato per strato, con l'ausilio di un laser UV. Produce prototipi accurati con finitura superficiale liscia, adatti ad applicazioni che richiedono piccoli dettagli intricati, come gioielli, modelli dentali, ecc. SLA La colata di resina fornisce prototipi pronti per lo stampaggio e la produzione.

Altri tipi di stampante

Altri metodi di stampa 3D comuni sono l'elaborazione digitale della luce (DLP), la fusione a letto di polvere, la fusione a fascio di elettroni (EBM), la stampa a getto d'acqua, ecc. La DLP ha una proiezione digitale ma polimerizza strati completi insieme, mentre l'EBM fonde completamente la polvere di metallo. La stampa 3D a getto d'inchiostro deposita varie gocce di materiale per costruire i modelli. L'espansione delle opzioni di materiali come carboni, vetri, ecc. consente applicazioni uniche in tutti i settori.

Design per la stampa 3D

Software di modellazione 3D

Il software di progettazione assistita dal computer (CAD) è essenziale per modellare gli oggetti da stampare in 3D. I software gratuiti più diffusi sono TinkerCAD, Autodesk Fusion 360 e Blender. I pacchetti commerciali includono SolidWorks, AutoCAD e Inventor. I programmi CAD consentono di generare prototipi digitali e di visualizzare i progetti.

Fattori per una stampa 3D di successo

Alcuni fattori garantiscono una stampa di successo. È importante la dimensione corretta dell'oggetto, tenendo conto della Scienza dei Materiali, come la resistenza, la flessibilità e la resistività termica di polimeri, metalli, ceramiche, compositi, ecc. Lo spessore corretto delle pareti, la densità, la finitura superficiale, i dettagli e la gestione delle sporgenze per evitare guasti sono fondamentali.

Tipi di file comuni

Il tipo di file più utilizzato per quanto riguarda la stampa 3D è STL (Standard Tessellation Language), in quanto definisce solo la geometria della superficie. L'STL deve essere affettato per gli orientamenti dei singoli strati riconosciuti dal G-Code. Slic3r e CURA sono esempi di programmi di slicing che orientano le stampe, aggiungono supporti dove necessario e ottimizzano le altezze dei livelli per ottenere i migliori risultati. Altri formati includono OBJ, 3MF, AMF ecc. La scalatura, l'orientamento e le impostazioni di taglio del modello sono importanti per ottimizzare il processo senza problemi.

Il software di modellazione, i programmi di slicing e la comprensione dei fattori per creare modelli che si stampano bene aiutano a sfruttare il pieno potenziale dei materiali disponibili per la creatività e le applicazioni funzionali nei settori menzionati in precedenza. Con l'aumento dei concetti di produzione personale e di produzione distribuita, la domanda di strumenti di facile utilizzo per quanto riguarda la stampa 3D è in costante crescita nel tempo.

Suggerimenti per i principianti

Stampe di calibrazione e di prova

La calibrazione è importante per una stampa coerente. Livellare la piastra di costruzione per ottenere una corretta adesione del primo strato. Calibrare le fasi dell'estrusore per garantire una deposizione precisa del materiale. Esegua delle stampe di prova con modelli di stampa 3D di base, per convalidare le impostazioni della macchina prima di eseguire stampe complesse.

Selezione e conservazione dei filamenti

Scelga i filamenti adatti alla sua stampante e alle applicazioni previste. Il PLA è ecologico, ma l'ABS è più resistente. Conservi i filamenti in contenitori privi di umidità, poiché l'umidità ambientale corrode la plastica nel tempo. L'umidità provoca guasti durante la stampa che richiedono la sostituzione.

Problemi e soluzioni comuni

La deformazione si verifica a causa di un raffreddamento rapido, di una scarsa adesione o di cicli di riscaldamento intensi. Aggiunga il letto riscaldato, i bordi/travi o la copertura. La scarsa precisione dimensionale può derivare da una temperatura incoerente, da variazioni di velocità o da modelli tagliati in modo errato. La retrazione e il coasting impediscono la formazione di bolle. Le sporgenze richiedono un'impalcatura stampata o impostazioni di strato ottimali per evitare cedimenti. Il livellamento del letto, la ricalibrazione e le condizioni di stampa adeguate di solito risolvono i problemi per ottenere risultati affidabili.

Stampanti facili da usare per i principianti, qualche buona bobina di filamento, routine di calibrazione, prove di stampa iniziali e acquisizione di familiarità con le sfide più comuni prima di progetti avanzati rendono la stampa 3D un'esperienza di apprendimento piacevole e autonoma. La pazienza, l'apprendimento dai fallimenti e la ricerca dell'aiuto della comunità coltivano un hobby gratificante per tutta la vita.

Applicazioni della stampa 3D e aspetti futuri

Prototipazione rapida

La stampa 3D nella prototipazione consente ai produttori di creare prototipi più velocemente e a un costo inferiore rispetto ai metodi tradizionali. Questo accelera notevolmente i cicli di sviluppo dei prodotti. È possibile realizzare strutture interne complesse.

Istruzione

I makerspace che rivoluzionano l'insegnamento STEAM utilizzano la stampa 3D per visualizzare concetti astratti attraverso l'apprendimento pratico. Gli studenti stampano le proprie creazioni per acquisire competenze in diverse discipline.

Applicazioni mediche

Nel settore sanitario, i modelli anatomici stampati in 3D aiutano la pianificazione pre-chirurgica e le protesi personalizzate migliorano l'assistenza ai pazienti. Le future tecniche di bioprinting potrebbero stampare tessuti viventi e persino organi interi, aggirando le limitazioni dei donatori.

Altre industrie

Il settore automobilistico, aerospaziale e della difesa fabbricano componenti specializzati che non possono essere prodotti in modo convenzionale. La personalizzazione di massa attraverso la stampa 3D on-demand soddisfa le preferenze dei consumatori nei settori menzionati in precedenza.

Con il progresso della scienza dei materiali, che incorpora le nanotecnologie e i nuovi biomateriali, le capacità di stampa 3D aumenteranno la sostenibilità attraverso una produzione di precisione che riduce al minimo gli scarti, per vari settori, dalle infrastrutture alla tecnologia spaziale. L'integrazione della robotica, dell'intelligenza artificiale e della blockchain con le tecniche additive trasformerà gli stabilimenti di tutto il mondo. Mentre la tecnica sfide rimanere, il futuro della stampa 3D appare indubbiamente brillante.

conclusione

La stampa 3D ha rivoluzionato i settori della progettazione e della produzione, introducendo metodi di fabbricazione digitale. Questa guida si propone di coprire i fondamenti della stampa 3D, essenziali per un principiante, per capire come sfruttare il suo potenziale. Dalla navigazione tra le diverse tecnologie e materiali delle stampanti 3D alla progettazione di modelli ottimizzati, una stampa di successo richiede l'applicazione dei principi qui illustrati.

Con una corretta calibrazione della macchina e la familiarità con le soluzioni di risoluzione dei problemi, la maggior parte dei problemi comuni può essere evitata. Man mano che la tecnologia progredisce, integrata con altre innovazioni, le applicazioni continueranno a diversificarsi. Tuttavia, l'essenza della stampa 3D rimarrà: il potere di trasformare idee astratte in oggetti tangibili, con applicazioni a beneficio dell'umanità, al di là dei confini. Con le conoscenze fondamentali acquisite da questa guida, si può intraprendere un viaggio emozionante nella stampa 3D.

Domande frequenti

La stampa 3D è adatta ai principianti?
Le stampanti 3D desktop stanno diventando sempre più accessibili e facili da usare per i principianti. Tuttavia, l'impostazione della macchina e la comprensione del software di progettazione richiedono una curva di apprendimento. Ma molte risorse online aiutano a semplificare il processo.

Quanto tempo ci vuole per stampare un oggetto in 3D?
Il tempo di stampa dipende dalle dimensioni dell'oggetto, dal materiale, dallo spessore dello strato e dalla velocità della stampante. Come stima approssimativa, per gli oggetti piccoli possono essere necessarie 1-8 ore, mentre per le parti funzionali più grandi potrebbero essere necessari 1-5 giorni di stampa.

Per un principiante è meglio il PLA o l'ABS?
Il PLA è economico e produce meno emissioni nocive. È più facile da stampare per i principianti rispetto all'ABS flessibile. Tuttavia, i pezzi in ABS sono più forti e resistono a temperature più elevate. Quindi il PLA è adatto per i primi progetti di apprendimento.

Come posso riparare una stampa 3D difettosa?
I problemi che causano il fallimento delle stampe, come la deformazione o la delaminazione, a volte possono essere risolti utilizzando il vapore di acetone o la pulizia ad ultrasuoni. Le stampe gravemente danneggiate possono essere riavviate dai supporti. Infine, le regolazioni della calibrazione possono evitare errori ricorrenti.