Introduzione alla stampa 3d

Da qualche tempo si sente parlare da più parti di stampa 3d… di come la stampa 3d sia la risposta a ogni problema, di come la stampa 3d possa cambiare il mondo, di come la stampa 3d stia entrando nel nostro quotidiano dopo essere anche giunta perfino sulla stazione spaziale!

Sarà vero?

Dopo tutto la stampa 3d non è proprio una novità assoluta… correva l’anno 1982 quando per la prima volta al mondo qualcuno ebbe l’idea di una stampante tridimensionale… e poco tempo dopo, nel 1986, la prima azienda al mondo mise sul mercato una stampante 3d.

Personalmente vidi le prime stampanti 3d all’opera nella grande industria a metà anni ’90, quando nell’automotive si pesò di usarle per produrre i modelli di stile almeno delle parti plastiche… ancora oggi le multinazionali dall’automotive hanno, nei loro centri di sperimentazione, svariate stampanti 3d con tutte le tecnologie disponibili per realizzare campioni di particolari delle vetture, seppur la fase di pre-prototipazione è ad oggi stata quasi tutta migrata nel virtuale!

Da allora la tecnica si è evoluta, le logiche di base sono cambiate quel tanto che basta per portare fuori la tecnologia dei centri di ricerca delle multinazionali per farla approdare sulle nostre scrivanie… c’è voluto del tempo ma ci si è riusciti!

Cerchiamo, però, di sfatare un possibile mito… la stampa 3d NON è l’incarnazione no-food della macchina di Star Trek che materializzava il cibo richiesto! Una stampante 3d non è altro che un strumento per convertire in solido quello che si è disegnato in un computer, dunque il miracolo della creazione non avviene nella stampante ma nel computer!

Detto ciò, se magicamente una stampante 3d perfettamente funzionante si materializzasse a casa vostra… cosa ci potreste fare?

Mi verrebbe da rispondere “tutto e niente”… perché in rete si trovano oramai milioni di file stl, il formato necessario per stampare, belle che pronti e scaricabili gratuitamente. Però non sono “quello che avete in testa”… per far si che una stampante 3d dia sostanza alle vostre fantasie occorre prima che VOI usiate un programma per dare forma virtuale alla vostra fantasia, o che vi appoggiate a qualcuno che lo faccia per voi se non ne siete in grado.

Proviamo a partire dall’inizio e vediamo cosa serve per “dare sostanza alle vostre fantasie”.

Ovviamente prima cosa necessaria è una stampante 3d… certo, ma quale?

Di base per prima cosa occorre capire se vogliamo qualcosa di professionale o qualcosa di amatoriale, la differenza di prezzo fra la fascia “pro” e quella “consumer” qui è sostanziale… le stampanti professionali PARTONO dai 3.000€ ed arrivano a costare anche svariate centinaia di migliaia di euro.

Anche restando nella fascia consumer la prima cosa da capire è quale tecnologia si vuole approcciare, perché di fondo oggi resistono due differenti tecnologie, la “selective laser sintering” (SLS) e la “fused deposition modeling” (FDM).

La prima è la figlia diretta del primissimo esempio di stampa 3d, quella che veniva chiamata stereolittografia, da cui l’estensione dei file che usiamo oggi (.stl). In pratica si tratta di solidificare della resina liquida per creare uno strato solido.

La seconda è quella a oggi dominante nel settore consumer, si tratta in parole poverissime di una minuscola pistola a colla calda che viene controllata da un computer per realizzare strati successivi del nostro oggetto.

Tralasciando le stampanti SLS, che hanno prezzi ancora troppo elevati e materiali complessi, il panorama della stampa 3D consumer è drasticamente cambiata con l’avvento, nel lontanissimo oramai 2005, del Progetto RepRap, progetto volto alla realizzazione di una stampante 3d che potesse riprodurre i suoi stessi pezzi, o gran parte d’essi; altra componente fondamentale del progetto RepRap fu la licenza OpenSource sotto la quale fu impostata, consentendo così l’attuale esplosione di modelli di stampanti 3D!

Grazie proprio alla licenza oggi ci sono moltissimo forum dedicati all’esperienza RepRap, primo fra tutti proprio il forum su reprap.org, http://forums.reprap.org/index.php?349 nella sua incarnazione Italiana, fornitissimo contenitore di ogni scibile umano sulla stampa 3D!

Grazie al progetto RepRap oggi si possono trovare stampati 3d per ogni tasca, con produttori di ogni nazione! Inutile nascondere che la parte del leone la fanno i costruttori cinesi, anche perché alcune componenti fondamentali sono prodotte quasi esclusivamente li!

In generale il mondo RepRap ha dato origine a tre distinte famiglie di stampanti, le Prusa, le CoreXY e le Delta, citate in ordine di complessità di messa in opera!

Quello che raramente si fa quando si cerca una stampante 3D è pensare in modo critico alla proprie capacità, possibilità, finalità. Inutile puntare su una stampante perfetta, al limite superiore del budget che ci si è dati, per poi capire che i pezzi che si faranno non necessitano di tutta quella precisione, così come rivolgersi ad un kit se non si hanno le giuste capacità di assemblarlo correttamente rischia di mandare incontro ad un’amara delusione.

In generale però anche per le stampanti 3D vale la regola della ricerca… ricerca della giusta azienda produttrice da cui acquistare la propria stampante.

Per quanto possa valere io ho usato l’approccio “rompiscatole”… ovvero, dopo aver scelto la tipologia di stampate a cui rivolgermi, nel mio caso una Prusa i3, ho cercato in rete una decina di produttori che proponevano kit nella fascia di prezzo che rientrava nel mio budget, e poi ho iniziato a scrivere mail a tutti questi produttori per chiedere informazioni… qualcuno ha risposto, altri no… pochi hanno risposto alla seconda mail, solo uno mi ha seguito nel mio paio di mesi di mail giornaliere. Ovviamente ho scelto quest’ultimo!

Scegliere e acquistare il kit è solo il primo passo per arrivare a dar forma alle nostre fantasie… l’arrivo del kit, il suo assemblaggio, le necessarie parametrizzazioni e configurazioni possono portare via più tempo del pianificato, perciò occorre costanza e non ci si deve far abbattere dalle prime problematiche.

Come tutti i kit la regola d’oro è prendersi il giusto tempo… tutti i produttori dicono che in una giornata dall’apertura della scatola la stampante è operativa… è vero per la seconda, terza o quarta, ma non per la prima volta che si affronta l’impresa! Andate con calma, pensate a quello che state facendo, se un certo passaggio dell’assemblaggio vi pone un dubbio analizzatelo, guardate sui forum se qualcuno ha avuto il vostro stesso dubbio, al limite una mail al supporto post-vendita causerà una giornata di ritardo sulla vostra tabella di marcia, ma potrebbe rivelarsi la scelta giusta per non inficiare il risultato finale.

Un altro passaggio fondamentale, dopo aver completato l’assemblaggio, è la corretta configurazione e parametrizzazione della stampante. Praticamente nessun produttore vi dirà che la sua stampante necessità d’essere parametrizzata, ma se volete tirarci fuori l’anima non c’è alternativa… ogni stampante, pur se uscita dallo stesso kit di una consorella, necessita di parametrizzazione dedicata.

Per non dover inventare l’acqua calda anche sulla calibrazione può venire in aiuto vedere cosa altri hanno già scritto sui vari forum… mi permetto di suggerirne un paio:

• http://reprap.org/wiki/Triffid_Hunter's_Calibration_Guide per il grosso del lavoro, che spessissimo hanno già fatto i produttori del kit che avete acquistato, o meglio quelli seri lo hanno fatto!

• https://github.com/alexrj/Slic3r/wiki/Calibration che vi aiuta sull’impostazione di uno dei parametri più delicati di slic3r, quello che serve a far si che una parete spessa 1 millimetro venga proprio stampata di 1mm!

Un’altra delle cose che spessissimo nessuno dice, dandolo per scontato quando per un novellino non lo è per nulla, è che la stampante non legge di sui i file stl, ma leggono i file gcode… e per fare i file GCode servono dei programmi detti di slicing!

Di questi programmi ce ne sono tanti, sia Open Source sia a pagamento come, qualche nome fra i tanti Slic3r, Cura, Skeinforge, KISSlicer. Non sono personalmente convinto che uno sia meglio dell’altro… fanno tutti più o meno il loro mestiere una volta che sono stati correttamene configurati sulle specificità della propria stampante e dei propri materiali, perché anche cambiando materiale occorre verificare se i settaggi sono giusti o debbano essere modificati!

Se acquistate un kit è probabilissimo che il produttore includa, o vi faccia scaricare dal suo sito, il software già configurato per la sua stampante, probabilmente in associazione a Repetier-Host, il software di collegamento fra stampante 3d e pc più diffuso.

Dopo aver finalmente portato in casa una bella stampante 3d, prima di poter pensare a cosa farle stampare merita ragionare su che materiale si vuole usare per stampare… perché anche una stampante 3d, come ogni stampante che si rispetti, ha le sue belle cartucce da metterci dentro, solo che nel caso delle stampanti descritte prima la cartuccia è un bel rotolo di filo!

Filo, ok, ma che filo? Parlando in generale vi sono due “grandi campioni” nel panorama dei fili utilizzabili, più decine di sfidanti ai campioni.

I due champions della sfida dei fili sono l’ABS e il PLA, due plastiche relativamente ben conosciute e ben caratterizzate nel loro utilizzo.

L’ABS è stata la plastica, derivata dal petrolio, con la quale sono nate le stampanti FDM attuali e che è usata da quasi tutti i produttori di stampanti 3d per realizzare le parti stampante che trovate nei kit. Si stampa a temperatura abbastanza elevata, diciamo superiore ai 220°, richiede d’avere anche il piatto riscaldato, i fumi prodotti durante la stampa hanno una certa, seppur minima, tossicità che suggerirebbe di stampante non proprio sul tavolo della cucina mentre si prepara la cena.

Il PLA invece è una plastica, biodegradabile e prodotta con amidi tipo canna da zucchero o mais, di generazione successiva. Si stampa a temperature medie, io personalmente stampo dai 175° ai 190°, non richiede piatti riscaldati ma si aiuta l’adesione del pezzo sul piatto genericamente con una spruzzata di lacca… si, proprio la lacca per i capelli che trovate al supermercato! Ovviamente i particolari stampanti in PLA hanno una resistenza al calore inferiore rispetto a quelli stampati in ABS, ma le caratteristiche meccaniche del PLA lo rendono più resistente alle sollecitazioni non termiche rispetto all’ABS.

Un’altra differenza fra i due materiali è la ventilazione del pezzo durante la stampa… mentre l’ABS ha bisogno di calore per far ben aderire i differenti strati con cui si realizzano i pezzi, il PLA ha bisogno di raffreddarsi il prima possibile, ecco perché si consiglia d’aggiungere alla stampante 3d delle ventole per raffreddare la zona di stampa.

Personalmente preferisco il PLA perché è meno “rognoso” come temperature, tossicità, aderenza al piano e perché nel pezzo finito cerco la resistenza meccanica e non termica.

Oltre a questi due materiali ci sono poi numerosi altri filamenti con caratteristiche particolari, tipo i filamenti di PLA “caricati” con altri materiali, il legno per esempio, per dare effetti particolari al risultato finale.

Oggigiorno c’è un’ampia ricerca sui filamenti per le stampanti 3D, e stanno uscendo fili dei più svariati materiali per coprire le esigenze più disparate!

Un’altra cosa da fare quando si è scelto il materiale è acquistarlo. Chi vi dovesse aver venduto il kit per vostra stampante avrà sicuramente a catalogo anche filamenti, ma non è l’unica strada!

Le bobine di filo le trovate quasi ovunque in rete, partendo da Amazon!

Anche qui, come per la scelta del produttore del kit, l’unico consiglio che mi sento di dire è di prestare MOLTA attenzione alle recensioni, leggerle per bene, vedere se una recensione positiva di un utente viene ripetuta più volte su più fili dello stesso produttore, così da “sgamare” le auto-recensioni, così come vedere se la stessa recensione brutta-brutta-brutta non dovesse essere stata lasciata da qualcuno che produce a sua volta filamenti e vuole convincere il mondo che i suoi sono gli unici buoni, purtroppo capita pure quello!

Alla fine, quando avete la stampante e avete il software per convertire il file stl nel linguaggio della stampante dovete in qualche modo procurarvi il file stl dell’oggetto che vorreste stampare. Ci sono moltissimi siti dove potete già trovare un numero “mostruoso” di oggetti già belle che pronti, un sito su tutti http://www.thingiverse.com dove potete trovare di tutto e dove potreste anche pubblicare i vostri file!

Se non trovate quello che cercate l’unica soluzione è farvi da voi il file stl… per far ciò occorre avere un CAD che vi consenta la modellazione solida.

Di CAD al mondo ce ne sono tanti… dal classicissimo AutoCAD ai super professionali Catia V5/6. Quest’ultima parte della soluzione è l’unica che, aimè, presenta quasi tutti software commerciali e che necessita d’imparare BENE prima di riuscire ad ottenere quello che si vuole… ed è proprio qui che s’insinua la differenza fra quello che viene pubblicato e la realtà: non basta acquistare la stampante 3D più figa del pianeta per riuscire a dare forma alle proprie fantasie, occorre anche saperle modellare a CAD!

Ringraziamenti delle Redazione:
La redazione ringrazia il Sig. Luca per aver condiviso con noi il suo punto di vista sulla stampa 3D.

Autore: Luca Benedetto
EMEA PLM Manager at FCA Fiat Chrysler Automobiles
Emea responsible for Teamcenter&NX Support, enhance and evolution, with FCA Global responsibility for Teamcenter Operational component

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