La stampa 3D è un argomento che appassiona molti. Questo blog è seguito da una serie di maker e professionisti che sulla stampa 3D stanno lavorando tantissimo. Abbiamo gli strumenti, abbiamo le competenze e abbiamo la passione e questo è tutto ciò che serve per spiegare, a chi invece sta imparando, come fare per creare il proprio modello. In questo articolo analizzeremo la stampa 3D dal punto di vista della realizzazione dello strumento che vi accompagnerà nella prototipazione di pezzi e nella realizzazione dei vostri oggetti. Buona lettura.
Per creare una stampante 3D occorrono buone competenze di meccanica e di elettronica; servono anche tanti strumenti, dai cacciaviti alle pinze. Ma ciò che serve più di tutto è la passione, che vi guiderà anche quando non avrete una visione complessiva o particolarmente competente di ciò che state provando a realizzare.
Questo articolo nasce proprio con questo intento, darvi tutti gli strumenti, almeno teorici, per poter mettere in pratica la vostra voglia di fare e creare il vostro modello di stampante.
In verità, nel recente passato, abbiamo parlato di diversi aspetti della stampa 3D e di alcune stampanti in particolare, riguardo esperienze di montaggio ma abbiamo anche trattato le prospettive di questa tecnica e le sue frontiere, vicine e lontane. Oggi però proviamo a fare un passo ulteriore e a trattare questo argomento in maniera un po' più particolareggiata, cambiando il punto di vista.
Specifiche tecniche
Come per tutti i progetti, la domanda fondamentale che dovete farvi è: cosa voglio realizzare?
La stampante 3D non è una macchina che può realizzare qualunque pezzo ma una soluzione ottimizzata in grado di gestire la creazione e la lavorazione di elementi e prototipi che prima di tutto hanno una loro dimensione e poi una precisione realizzativa.
In via preliminare, vi serve farvi alcune domande:
- Quale dev'essere il suo ingombro fisico complessivo?
- Quale la dimensione massima dell'oggetto che posso realizzare?
- Con quale precisione voglio essere in grado di realizzare il mio oggetto?
- Quanto velocemente voglio che la macchina sia in grado di stampare?
- Voglio poterla connettere soltanto al computer oppure voglio renderla autonoma?
E di conseguenza, poi, renderla autonoma vuol dire in grado di connettersi ad altri dispositivi in modalità wireless oppure voglio utilizzare un supporto di memoria esterno da cui estrarre informazioni su cosa stampare?
Ciascuna domanda tra quelle che abbiamo elencato comporta delle conseguenze e delle scelte progettuali. Partiamo dalla prima: quanto spazio abbiamo a disposizione? In che ambiente andremo ad inserire la nostra macchina? Abbiamo a disposizione un'officina? Un capannone? Una semplice stanza in un appartamento? Non soltanto le dimensioni fisiche saranno un parametro fortemente inficiato da queste risposte ma anche, per esempio, la gestione di alcuni materiali [...]
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Lo reputo un argomento politico, sebbene la tua esposizione sia ben strutturata e chiara, l’articolo in se’ parla di tutto e di niente.
Quando ho inviato la mail a Emanuele, gli ho spiegato che mi sarebbe piaciuta un’esperienza didattica, nel vivo della realizzazione.
Ho scritto cosa ci sarebbe voluto per realizzarla anche fatta in casa, riutilizzando anche pezzi da scanner e quant’altro.
Uno strumento adatto per la progettazione sarebbe Retr3d, il quale puo’ essere interfacciato anche con Slic3r.
Le problematiche per la progettazione sono:
1. Conoscenza delle parti elettroniche
2. Creare una struttura ben solida e quasi priva di oscillazioni. Poiche’ una stampa precisa non riechiede solo un estrusore adatto ma anche le minime oscillazioni possono gravare sul risultato finale.
3. Conoscere i motori per scegliere quale fa’ al caso nostro: Servo Motori, stepper e gli altri per uso avanzato. Certo il consigliato e’ un Nema17 che viene fornito gia’ di scheda driver in quasi la totalita’ dei pacchetti.
4. Parlare dell’estrusore non e’ sorvolabile. L’estrusore e’ il cuore della stampa, ci sono vari pezzi e vari accorgimenti. E’ davvero una giungla saper riconoscere il pezzo giusto(non solo perche’ costa di piu’).
Un buon estrusore deve avere si’ un’ottimo riscaldamento, ma anche un buon raffreddamento per evitare che il calore dell’estrusore faccia fondere il filamento prima del’ugello, cosi intasando il tubo. Adesso sono usciti anche gli estrusori a due canali.
C’e’ tutto da conoscere sull’argomento.
Insomma non ti incolpo di nulla Piero Boccadoro, mi aspettavo qualcosa migliore, anche perche’ Emanuele mi ha scritto di aver contattato degli esperti.
Mi ramarrica scrivere un commento negativo, ma spero che non voglia essere preso come una sconfitta o negativamente, ma come monito per migliorarsi.
Ciao,
non so quale sia il tuo nome ma ti rispondo dicendoti che no, il tuo commento non è affatto negativo, anzi… apre ed istruisce giusto le discussioni che immaginavamo proprio con Emanuele che andassero aperte.
Parlare di questo argomento in un unico articolo è assolutamente impossibile. C’è da scrivere interi trattati.
Per questo avevo proposto ad Emanuele che gli articolo fossero almeno due. L’idea mi è stata bocciata segnalandomi che gli articoli hanno i commenti ed è giusto all’interno di questi che è possibile sviluppare la discussione.
Viste le necessità, ritengo importante iniziare a parlare di queste cose, approfondendole.
Ripeto, sono contento di leggere il tuo commento che non è affatto negativo nè nulla toglie alla validità dello scritto, soprattutto perchè in un certo qual modo provoca sui temi e stimola una discussione, come è sano che sia.
Direi di iniziare proprio dal meccanismo di estrusione. Che ne pensi?
Inoltre, ti propongo, se hai delle domande specifiche (e dalle tue “obiezioni” che in realtà sono solo osservazioni, deduco che tu ne abbia), perchè non le espliciti?
Mi scuso per la non celere risposta, essendomi operato non ho messo mano sul pc.
Si esatto, il mio commento voleva esortare ad una visione piu’ ampia dell’argomento, che poi entrando nella progettazione si andrebbe a toccare.
L’impronta dell’articolo e’ costruire una stampante 3D, quindi penso continuare su’ questa linea andando a toccare le tematiche che necessariamente durante il percorso di progettazione si incontrano; sarebbe grandioso.
Rigurardo all’estrusore ne ho letto un po’, ne sono nati diversi modelli con pecche e non; ma poi come potresti dirmi anche tu: “Dipende dal tipo di stampa e filamento che si vuole utilizzare”.
In una progettazione con servo o passo-passo ci sono due temi da prendere in considerazione:
1- Struttura
2- Elettronica
e il 3- Tempo/spesa (Opzionale, ma non da meno).
Toccando il tema del servo, escono fuori necessariamente fuori:
1- Potenziametro
2- I servo sono precisi e non necessitano di fine corsa elettronici, ma una opportuna
struttura solida ( per via delle vibrazioni).
Invece toccando il tema stepper(oltre alle ovvie conclusioni di gia’ sopra):
1- Predisporre una struttura con fine corsa precisi, richiede un sistema ad-hoc.
2- Calibrazione
3- Il motore passo passo in genere viene usato anche per l’estrusione e qui ci soffermiamo un po’. seguendo….
Esistono due scuole di pensiero, partire da una CNC per progettarsi una struttura solida trasformandola in 3D o affidarsi alla propia esperienza, spulciando di tanto in tanto nella rete.
Perche’ l’estrusore diventa argomento cosi discusso?
Ovviamente utilizzando motori passo-passo, assorbono corrente e diretta conseguenza producono calore. Questo fa’ si che potenzialmente i filamenti potrebbero risentirne riscaldandosi dentro il tubo, producendo una colata discontinua o abbondante e a volte ostruendo lo stesso.
Questo ha portato all’evoluzione: Dissipatori piu’ efficienti, sia in prossimita’ dell’estrusore che dello stepper(alcune varianti con carello a parte, per agevolare la fruizione del filamento), Estrusore a due e anche 3 getti(per quanto ne so’ ancora sperimentale), altro problema dell’estrusione e non poter controllare la colata precisamente ad’inizio e fine(producendo cosi getti alla base o alla fine che richiedono ulteriore lavorazione) e su questo punto mi fermo, ritornando alla struttura.
Perche’? Perche’ come l’esperienza ci insegna, le osservazioni appena toccate ci portano ad un punto, e come un buon maker fa’ tende a tenere in alta considerazione ogni aspetto della sua nuova creatura. Se l’estrusore tende a gettiti incontrollati possiamo sempre aggiustare i tempi, ma per chi pensa ad una soluzione piu’ strutturale viene fuori:
1- Controllo della temperatura elettronicamente(Ogni filamento ha una temperatura di fusione)
2- Far muovere il piatto, anziche’ l’estrusore, cosi da evitare ulteriori sbalzi e fruire una colata piu’ omogenea (dipende dai punti di vista, andrebbe approfondita).
Insomma la progettazione di una stampante 3D parte dalla costruzione e per farlo necessariamente bisogna trarre vantaggio dall’esperienza e condivisione.
Piero Boccadoro attendo risposta 🙂
Buongiorno,
anche io purtroppo non sono stato molto veloce nel rispondere ma più che altro perché il lavoro mi sta assorbendo in maniera quasi totalizzante. Certo, non me ne lamento affatto ma naturalmente il resto delle attività che adoro va un po’ a rilento.
Comunque sono qui, per il primo contributo tematico.
Proverò a dividere i commenti in maniera tale da separare gli argomenti.
Parliamo innanzitutto della struttura. È vero che esistono due scuole di pensiero che rappresentano in qualche modo due approcci diversi al problema. Partire da una macchina a controllo numerico significa avere una struttura già in grado di effettuare movimentazione sugli assi. Questo significa che non c’è bisogno di pensare ad un sistema di movimentazione ma che si passa ad una fase successiva che è quella di dotare la macchina di un ulteriore strumento, ovvero l’estrusore.
Quando la macchina a controllo numerico è perfettamente configurata, oppure si passa da una configurazione già impostata, il tipo di motorini, il valore di corrente, il passo e la precisione sono parametri che sono già stati presi in considerazione. Per cui, posto che la discriminante nella precisione realizzativa degli oggetti è proprio il passo del motorino perché da quello discende l’intervallo più piccolo, o meglio il dettaglio più piccolo, realizzabile, una volta che la macchina è già stata dimensionata in funzione del più piccolo dettaglio risolubile, si tratta di aggiungere un semplice controllo, semplice si fa per dire, sulla quantità di materiale escluso, sulla velocità di ritrazione dell’estorsore durante il suo funzionamento e “poco” altro.
Quando si decide di creare una stampante 3D da zero, bisogna anzitutto decidere la struttura: ad esempio, delta o portale?
La scelta è fondamentale perché non cambia semplicemente l’area di base dell’oggetto o della stampante bensì l’intero sistema di riferimento. Inoltre cambia anche il fatto che non si sceglie di effettuare una movimentazione per singolo asse bensì una movimentazione che in qualche modo potremmo considerare “concorrente”. Nella struttura delta, infatti, i movimenti su ciascuno dei tre assi verticali compensano quelli compiuti sugli altri.
Questa frase è semplice, sicuramente non è neanche la prima volta che la leggete ma l’organizzazione e la gestione di queste movimentazioni non è fatto altrettanto semplicee pertanto bisogna studiare in maniera particolare il meccanismo di compensazione che non è semplicemente relativo al fatto che sull’asse il motorino impone uno spostamento della cinghia di qualche millimetro ma è anche relativo al fatto che più è grande la stampante, per esempio, maggiore sarà la vibrazione che lo spostamento crea e pertanto, dal momento che l’estrusore in questa tipologia di macchine è, in qualche modo, “appeso” al centro, c’è il rischio concreto che queste vibrazioni si trasferiscano su, o meglio implichino, una non precisa posizione dell’ugello, col risultato di creare un’estrusione non perfetta.
Ecco per quale motivo oltre che ai supporti rigidi, è bene pensare a un sistema di molle perché la molla, come sappiamo, tollerando un’oscillazione, riesce in qualche modo anche a compensarla senza che questa degradi la qualità finale dello stesso posizionamento.
Non mi sembra il caso di spiegarla fisicamente ma se volete possiamo anche pensare ad una descrizione tramite equazioni di questo fenomeno.
Ora per quanto mi riguarda se dovessi cominciare senza saper né leggere né scrivere, certamente partirei da qualcosa che già sicuramente funziona per provare a completarlo io per poi cambiare qualcosa, magari rompere qualcosa, e vedere se riesco ad aggiustarlo.
Di base la mia esperienza con il computer è iniziata così, come quella di molti altri.
Parallelamente, ma soprattutto avendo il tempo a disposizione per farlo, quello che farei sarebbe provare ad immaginare una struttura diversa.
Ma naturalmente questo è abbastanza improbabile ed irrealistico se non si è capito davvero come funziona il tutto.
Mentre tutti possiamo dire o scrivere “macchina a controllo numerico”, forse il 10% di noi sa che cosa VERAMENTE significa e come funziona.
E questo, se posso permettermi, è uno dei mali del concetto di “maker”. Perché è un atteggiamento ahimè fin troppo diffuso quello di voler riuscire a raggiungere un obiettivo come per esempio mettere in funzione una stampante 3D senza aver deciso di spendere almeno un paio di mesi con penne, matite, fogli, formule, equazioni, grafici, schematici, meccanici ed elettrici allo scopo di CAPIRE.
Troppo spesso si confonde e si fa un grave errore pensando che “maker” possa essere sinonimo di “acciavattone”.
Trascurando la cosa più importante di questa attività: il nome “maker” sottintende il concetto di persona che conosce; senza la pazienza non si conosce assolutamente niente, almeno per quanto mi riguarda.
Riguardo l’estrusore, stiamo sicuramente parlando del pezzo più importante. Quello più delicato.
Innanzitutto, è vero che ne esistono di vari tipi, di varie misure e che lavorano in maniera diverse.
Cominciamo con delle considerazioni di principio: l’estrusore è composto da un riscaldatore, un sensore di temperatura, un ugello e una sezione di trazione.
È banale specificare che, quando l’ugello sta estrudendo, il movimento del filamento deve essere costante. Non è banale, invece, capire il perché.
Quando il filamento si fonde, si crea un flusso di materiale che non procede verso il basso per gravità. Questo significa che bisogna fare in modo che la temperatura sia estremamente costante in prossimità dell’ugello in maniera tale da non creare discontinuità nel processo di fusione.
Va specificato anche che ciascun materiale, come è noto, presenta una sua temperatura ottima per l’estrusione ma anche un intervallo di temperature accettabili per lo stesso processo. Questo significa che ciascun materiale può essere estruso ad una temperatura qualsiasi compressa in un certo intervallo ma che ce ne sarà soltanto una che proporrà risultati ottimi in termini di:
costanza di flusso;
integrità del materiale;
resa estetica.
Un altro fattore tutt’altro che trascurabile riguarda il fatto che i layer siano ben fusi tra loro, allo scopo di non creare discontinuità o potenziali crepe e fragilità nella struttura. Questo si può spiegare e raggiungere analizzando la fisica del materiale fuso e si può facilmente designare un parametro tale per cui i due strati giustapposti dovranno compenetrarsi per la metà dello spessore. La fisica di questo processo lo spiega chiaramente.
Ma questo un maker non lo sa. 😉
Tutto quello che ho scritto fino ad adesso sono soltanto alcuni dei problemi che discendono dal controllo della temperatura. Quindi si può parlare per ore soltanto di un parametro ed è questo quello che vogliamo fare adesso.
La scelta dell’estrusore deve essere fatta in maniera tale che il sensore di temperatura sia il più vicino possibile alla regione dell’estrusore la cui temperatura è critica.
Quindi noi controlleremo con precisione non soltanto il valore di temperatura ma anche e soprattutto la sua costanza nel tempo.
Questo ha un impatto ancora maggiore dal momento che per evitare colate durante gli spostamenti oppure mentre non sta stampando, bisogna che l’estrusore ritragga il filamento per poi velocemente ripristinare la sua posizione.
Se il controllo della temperatura non è fatto in maniera estremamente precisa anche quella frazione di secondo può creare delle discontinuità nel flusso perché fonde il filamento in maniera rapida e lo fa anche raffreddare.
Nella ritrazione, peraltro, sono importanti non soltanto la velocità ma anche la quantità dello spostamento cioè il suo modulo.
Se la temperatura non è costante e controllate in maniera precisa, qualunque spostamento noi facciamo sicuramente creerà problemi.
Poi c’è tutta la parte che riguarda l’ugello vero e proprio.
Partiamo dal presupposto che stiamo parlando di attività hobbistica, non professionale.
È un luogo comune che più piccolo è l’ugello, più preciso sarà il risultato finale.
Questo non è affatto vero, se non in linea di principio, e vale soltanto per i primi tempi.
Quando si impara a condizionare i parametri di stampa scegliendo quelli giusti e impostando tempi e temperature, si scopre che la perfetta commistione della temperatura giusta, della velocità giusta, dello spessore dei bordi e anche del riempimento dell’oggetto creano un’alchimia per cui non sia la reale percezione dello spessore dello strato.
Anche se il materiale non dovesse essere di qualità eccelsa.
Senza contare poi che proprio quello che dicevamo prima sul fatto che i layer sovrapposti possano fondersi restituisce una resa finale tale per cui non è possibile distinguere il fatto che l’oggetto sia “a righe”.
Quando poi tu dici che tutto questo dipende dal materiale, hai ragione.
Perché a seconda del tipo di plastica o di gomma, dell’uso corretto dalla temperatura e di un eventuale processo di levigatura che puoi utilizzare dopo, la resa del materiale può essere tale da non farti accorge di nulla.
Il colore può essere estremamente opaco oppure potresti sceglierlo traslucido apposta in maniera tale che abbia un effetto diverso.
Quando si sceglie di far muovere il piatto, che è una filosofia che conosco e un paio di modelli realizzati con questo principio li ho usati parecchio, hai comunque degli importanti problemi di studio del coordinamento dei movimenti ma io su questo mi sento di consigliare a chiunque di seguire una filosofia precisa che ha a che fare con la meccanica vera e propria: partendo dal presupposto che meno parti sono in movimento, meglio è, ti posso garantire che si possono raggiungere risultati ottimi con entrambi gli approcci.
A me personalmente, però, convince di più il fatto che l’estrusore si muova in due direzioni e che il piatto di stampa si abbassi.
Nella mia esperienza, comunque limitata, questa struttura ha dato rese migliori rispetto al piano in movimento, estrusore fisso movimentato solo sull’asse Z.
A proposito della movimentazione, volevo far osservare che la questione della trasmissione con cinghia e delle sue possibili alternative è tutt’altro che risolta…
Su questo chiederei a tutti di intervenire…
Purtroppo solo adesso ho visto le tue risposte. Non avendo ricevuta la mail di avviso, che di solito ricevo.
Comunque gran bei quesiti! C’e’ ne’ per un articolo. Spero che ci sia la possibilita’ di tirarne su’ un bell’Articolo a questo punto.
Ah, ho provato a stampare questo articolo, ma purtroppo ho notato che tramite la funzione print del sito, i commenti non vengono salvati (che sono la parte piu’ porposa, a mio avviso) e colgo l’occasione per dirti gran bel lavoro.
Attendo di capire come stampare l’articolo perche’ la vedo una limitazione non poter prendere i commenti. Tra l’altro se provo a stamparlo nella maniera tradizionale ctrl+P mi si pianta il broswer, e non capisco il perche’ ma lo fa’ solo con emcelettronica. C’e’ una sorta di blocco?
Beh comunque, buoni proposito per il nuovo anno Piero Boccadoro, sembrano proprio buoni propositi 🙂
Auguro a tutti un Buon ANNO!
Mi sembrava in effetti molto strano che tu non avessi risposto prima visto che questi commenti sono ormai datati più di 30 giorni…
Colgo l’occasione per fare gli auguri di uno splendido anno nuovo sia a te sia a tutti i lettori di questo articolo ma più in generale di questo blog.
Per quanto riguarda le risposte, i commenti possono essere disabilitati, almeno se ricordo correttamente, per cui probabilmente devi averlo fatto l’ultima volta che hai scritto. In ogni caso Emanuele sarà sicuramente in grado di dirci se le notifiche possano essere effettivamente riabilitati oppure no.
Per quanto riguarda la possibilità di scrivere un articolo, come sono sicuro di aver già detto, segnalavo ad Emanuele sin da subito che l’argomento è ben più vasto di un singolo articolo e che purtroppo i commenti, per quanto siano interessanti, utili e talvolta anche funzionali, non sono assolutamente uno strumento sufficiente né tantomeno in grado di rispondere alle esigenze di conoscenza di qualcuno che deve “studiare” o magari anche soltanto approfondire nel dettaglio uno o più argomenti differenti.
Ecco per quali motivo sono disponibile fin da ora, se voi lettori ne farete richiesta, ad impegnarmi attivamente nella stesura di dei più di un articoli a tema con la stampa 3D, argomento sul quale, devo essere sincero, sto guadagnando una certa manualità ed anche una, seppur modesta e discreta, conoscenza.
Ti rispondo in merito alla questione della stampa perché anche io, già all’alba della nuova impostazione del sito, segnali alcuni problemi (mai risolte ancora, purtroppo) relativi alle impostazioni ed alla compatibilità con alcuni browser. Per esempio, utilizzando Mozilla Firefox, la funzione di stampa va in crash molto spesso, molto spesso di quante volte va da buon fine. Con Internet Explorer molto spesso le immagini non vengono caricate correttamente e questo vale sia nell’anteprima dell’articolo, sia nel corpo dell’articolo per intero sia nella stampa.
Pochi problemi di compatibilità, invece, sono stati rilevati tramite l’utilizzo di Google Chrome, grazie al quale la funzione stampa sembra non dare problemi e salvare gli articoli in PDF funziona tenendo dentro anche i commenti.
Per poterti aiutare al meglio, quindi, sarebbe utile sapere quale browser hai in uso e quale impostazione o funzione utilizzi per salvare l’articolo.
Resto a disposizione e rinnovo i miei più sinceri auguri: un felice e sereno 2016 a tutti.
ps.: rileggero’ bene, meritano una lettura attenta, adesso mi concedo ai Festeggiamenti.
Ci rivediamo nei prossimi giorni
A proposito della questione della resa della stampa, che ritengo possa essere molto interessante, volevo sottoporre all’attenzione dei lettori una domanda specifica inerente la qualità ma soprattutto i detriti. Qualcuno di voi, magari meno esperto, durante le prime prove di stampa, avrà certamente notato delle “colate”. Sapete tutti come si risolvono? A cosa sono dovute?
E nell’ottimizzazione dei parametri, come le avete risolte queste problematiche? Che tecniche avete usato?
Ad ogni modo ne approfitterei per chiedere a tutti gli utenti di questo sito quali materiali hanno provato fino a questo momento, a parte PLA ed ABS che mi sembrano i più comuni…
Inoltre sarebbe interessante sapere con quale stampante lavorano e se hanno fatto delle modifiche alla loro macchina.
Mi viene anche un dubbio relativo all’uso, ovvero: tra quelli che hanno una stampante, quanti la sanno usare veramente bene? Quante persone sono soddisfatte della qualità della stampa che riescono ad ottenere per merito del fatto che sanno impostare correttamente tutti i parametri?
E soprattutto, siccome il numero di parametri di stampa in gioco dipende anche dal software in uso, quale utilizzate?
Specificatamente su quest’ultimo punto, mi viene ancora un’altra domanda: qualcuno ha provato 3d builder?
Ne ho sentito parlare ma non ne ho esperienza. C’è qualcuno che può dirmi che cosa ne pensa?