4. Il processo di stampa 3D
La stampa 3D è uno dei vari processi in cui il materiale viene unito o solidificato sotto il controllo del computer per creare un oggetto tridimensionale.
A partire dalla modellazione 3D è possibile creare una riproduzione accurata del prodotto finale utilizzando il sistema di produzione automatica del modello come CAM (Computer-Aided Manufacturing) che è costituito da “macchine a controllo numerico” o da macchine a “prototipazione rapida”.
Il controllo numerico computerizzato (CNC) o semplicemente il controllo numerico (NC) è il controllo automatizzato degli utensili di lavorazione (trapani, frese, torni) per mezzo di un computer, in cui una macchina a controllo numerico opera su un pezzo di materiale (metallo, plastica, legno, ceramica o composito) per trasformarlo in specifiche precise. È un processo che funziona per sottrazione di materiale.
“La prototipazione rapida è un gruppo di tecniche utilizzate per fabbricare rapidamente un modello in scala di una parte fisica o di un assieme utilizzando dati CAD (progettazione assistita da computer) tridimensionali. La costruzione della parte o dell’insieme viene generalmente eseguita utilizzando la stampa 3D o la tecnologia di “produzione per strati additivi”. Quindi è un processo opposto in quanto agisce aggiungendo materiale.
La prototipazione rapida è la tecnica più popolare in questo momento, per i costi bassi e per la non necessaria alta conoscenza degli aspetti tecnici del processo di stampa.
Immagine 4.1 [fonte]
Per ulteriori informazioni sulla stampa 3D e sulle stampanti, consultare il Modulo 1: “Introduzione alla tecnologia di prototipazione digitale”.
Ad ogni modo, è utile riassumere brevemente un tipico processo di stampa:
Una volta generato il modello 3d digitale:
Immagine 4.2
Le fasi del processo di prototipazione rapida sono:
1. Creazione del file .STL:
È una fase preliminare alla prototipazione effettiva e consiste nella generazione del file .STL e nella sua verifica. Il file .STL (Standard Triangulation Language To Layer) è uno standard grafico che descrive l’oggetto mediante una decomposizione in triangoli delle superfici che lo compongono. In pratica, le superfici del pezzo sono mesh con elementi triangolari. Approssimativamente aumentando il numero di triangoli si migliora la definizione della superficie
Immagine 4.3
2. Gestione del file .STL:
Una volta generato il file STL, è necessario verificare che sia privo di errori. Una volta effettuata questa verifica, è possibile eseguire lo slicing, ovvero generare le “sezioni” che si trovano una sopra l’altra e danno vita al solido finale. Lo slicing è un’operazione critica perché determina le caratteristiche della superficie dell’oggetto finito. Questa operazione può essere uniforme o adattiva (quando lo spessore delle fette è variabile) e viene scelta in base alla curvatura della superficie al fine di adattare meglio la geometria finale, riducendo l’effetto scala (le superfici inclinate sono approssimative dai gradini).
Immagine 4.4
3. Stampa: costruzione del prototipo “layer by layer”:
Consiste nell’inviare il file STL o le sezioni, a seconda del modello di prototipazione, alla macchina e procedere con la deposizione del materiale strato per strato fino a raggiungere l’oggetto finale.
Immagine 4.5. Rappresentazione schematica della stereolitografia:
un dispositivo di emissione di luce (a) (un laser o DLP) illumina selettivamente il fondo trasparente (c) di un serbatoio (b) riempito con una resina fotopolimerizzante liquida. La resina solidificata d) viene progressivamente trascinata da una piattaforma elevatrice)
4. Post trattamenti
Si tratta di operazioni manuali il cui scopo è rimuovere l’oggetto dalla macchina e pulirlo dal materiale in eccesso. Come si può vedere dal processo appena descritto, nella gestione della fase di stampa non è necessario avere un’alta conoscenza degli aspetti tecnici della stampa 3D poiché il processo è quasi interamente gestito dalle macchine.
Per quanto riguarda l’uso della modellazione 3D, anche l’uso della stampa 3D comporta numerosi vantaggi nella fase di produzione.
Possono essere riassunti in:
- – riduzione dei tempi di trasferimento dei prototipi
- – riduzione dei costi
- – la possibilità di selezionare soluzioni alternative
- – facilità di verifica delle dimensioni effettive
- – aumento della previsione dell’errore
- – modifica durante la costruzione
- – materiali diversi
- – ecosostenibilità dovuta alla riduzione dei rifiuti nella costruzione di prototipi
- – facile comunicazione con l’uso di oggetti reali
Fonti:
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Numerical_control
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Rapid_prototyping
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Stereolithography