COME RISOLVERE I PROBLEMI DI MODELLAZIONE - PROGETTAZIONE CAD E STAMPA OGGETTO 3D

IN QUESTO POST VIENE TRATTATO UN PROBLEMA SPESSO SOTTOVALUTATO E CIOE' QUELLO DELLA PROGETTAZIONE CAD DELL'OGGETTO DA STAMPARE

Perchè la Stampa 3D fallisce

Cosa causa il tuo problema con la stampa 3D? E come puoi risolverlo?

Una delle domande tipiche che il nostro servizio assistenza riceve è: “Cosa rede più sicura la buona riuscita della mia stampa 3D?” E nove volte su dieci si tratta di questioni “ambientali”. Questi problemi fortunatamente sono facili da diagnosticare e ancora più facili d risolvere. Ecco alcuni dei principi fondamentali:

Quali sono le questioni ambientali?

Si tratta di questioni che riguardano l'ambiente in cui la stampante 3D viene posizionata ma che non sono legate alla macchina, al filamento o al piatto di stampa. Si possono suddividere in 3 categorie: Convection Current, Drafts e Temperatura dell'Aria.

Convention Current: è importante capire che l'ambiente ha un'influenza diretta sulla stampa, in fondo il piatto di stampa lavora a contatto con l'ambiente. E quando il piatto di stampa si scalda, si scalda automaticamente anche l'aria al di sopra di lui. L'aria calda tende a far espandere la stampa, convogliare aria fresca verso i lati è un modo efficace per non rovinare la tua stampa 3D. La semplice aria esterna, Convention Current, è un effetto collaterale che può causare il fallimento della tua stampa 3D.

Draft: e poi ci sono le correnti d'aria intense! Queste possono provenire da una finestra aperta o da un sistema di aria condizionata per esempio e devono essere sempre tenute sott controllo per evitare un effetto drastico sulla tua stampa 3D

Temperatura dell'aria: qui si intende la temperatura dell'aria che circonda la stampante 3D. Pià l'aria sarà leggera e senza sbalzi bruschi più la stampa 3D ne uscirà raffreddata in modo uniforme!

Durante il raffreddamento i bordi si inclinano verso l'alto e l'oggetto si incurva sul piatto di stampa? Questo può essere un esempio di fallimento dovuto all'ambiente.

La maggior parte dei problemi dovuti all'ambiente possono essere risolti in questo modo:

Tenere la stampante 3D all'interno di una scatola anche di cartone. In questo modo si mantiene una temperatura stabile attorno al processo di stampa 3D permettendo alla stampa di raffreddarsi in modo uniforme.

Pre-riscaldare più a lungo – per aumentare la temperatura dell' ambiente prima di iniziare a stampare.

Perchè funziona: aumentando il tempo di riscaldamento aumenta anche la temperatura dell'aria attorno al piatto di stampa. Riscaldare l'ambiente rallenta il processo di raffreddamento del modello stampato. Uno dei motivi principali per cui erigendo il modello rischi che scivoli via dal piatto è proprio il fatto che i primi livelli alla basi si sono raffreddati velocemente. L' ABS ha una bisogno di una temperatura di circa 200 gradi per fondere e quindi essere pronta per essere stampata. Se il piatto non è abbastanza caldo o l'aria attorno, fuori dalla stampante 3D è troppo fredda, la stampa si raffredda e perde contatto con il piatto.

Problemi comuni che puoi vedere quando i fattori ambientali non centrano

Errori non ambientali

Riscaldamento della superficie del piatto: se stai usando il nastro Kapton non escludere di poterlo

sostituire. In media un nastro Kapton dovrebbe essere utilizzato al massimo per 10 stampe e può capitare che, soprattutto in caso di utilizzo troppo frequente delle stesso nastro, le stampe si sollevino dal piatto. Potresti anche rischiare di graffare la superficie durante la rimozione della tua stampa 3D, oppure se hai residui di olio sulle dita rischiare di macchiare il piatto.

Altre alternative al Kapton: puoi anche utilizzare un nastro adesivo blu, da imbianchino, che fornisce una migliore aderenza, soprattutto quando si tratta di filamenti più spessi. FILOPRINT suggerisce anche l'uso di un tappetino di stampa da applicare sul piatto chiamato BUILD-TAK. Questo tappetino, in materiale plastico, ha una durata quasi illimitata, si pulisce facilmente e soprattutto elimina alla radice il problema della mancata adesione al piatto dei primi layer di stampa, problema questo che si evidenzia con filamenti che vanno dall'ABS fino al NYLON ed alla GOMMA.

Filamenti sicuri: a volte anche acquistando i filamenti più costosi può capitarti di fallire. Questo può comprendere un diradamento (nel caso in cui il diametro del filamento è inferiore a quanto dovrebbe), rigonfiamenti (con bolle che gonfiano gli ugelli), grana nel filamento (particelle esterne che non dovrebbero esserci e che possono bloccare l'ugello), un eccesso di olio o polveri (raccolto esternamente, causa l'adesione di pulviscolo che può causare il blocco dell'ugello). Tutte queste situazioni sono causa sicura di un fallimento nel processo di stampa 3D.

Altezza dell'ugello: in generale, se l'ugello è troppo alto è possibile ottenere dei fori nella stampa e scarsa adesione al piatto, il primo o il secondo livello potrebbero avere problemi e alcuni parti potrebbero fuoriuscire dal letto.

Errore di codice: a volte è il file STL o il codice Gcode ad avere difetti. Come capire se la causa è questa? In questo caso vedrai che l'errore è esattamente lo stesso, nella stessa posizione, ogni volta.

5 Errori da evitare quando si progetta un modello 3D per la stampa 3D

Sappiamo che la modellazione 3D per la stampa 3D può essere fonte di confusione: nella modellazione 3D, come nella stampa 3D, non esiste un approccio valido per ogni occasione. Tutti usiamo software diversi, stampiamo materiali diversi e non solo utilizziamo stampanti 3D diverse ma anche tecnologie di stampa diverse. Quindi è perfettamente normale sentirsi persi e che a volta possa sembrare difficile progettare un modello 3D perfetto per la stampa 3D. Ecco perchè abbiamo messo insieme una lista degli errori da evitare quando si vuole passare da un modello 3D ad una stampa 3D.

Ignorare le linee guida del materiale

Ogni materiale da stampa 3D è diverso. Il materiale può essere fragile o resistente, flessibile o solido, liscio o ruvido, pesante o leggero e cosi via. Questo significa anche che un oggetto, idealmente, dovrebbe essere progettato per un materiale specifico. Ad esempio, se sai che desideri stampare un modello 3D in ceramica, ci saranno raccomandazioni specifiche per i materiali di design che è necessario seguire come utilizzare supporti per le parti sporgenti, rafforzare gli elementi che spuntano dai bordi, arrotondare gli spigoli ecc …
La scelta del materiale di stampa semplicemente pre determina alcune linee guida di progettazione che è necessario rispettare.

Ignorare la tecnologia di stampa 3D
Non sono le caratteristiche chimiche di base dei materiali ad essere diverse, anche le tecnologie utilizzate per la stampa 3D di ciascuno dei materiali.
Il miglior esempio di è la possibilità di incastro dei materiali: con filamenti come ABS, poliammide, alumide o gomma è possibile stampare parti ad incastro mentre con altri materiali come oro, argento, bronzo o resina questo non è possibile. La ragione di questo non è nel materiale ma nella tecnologia di stampa 3D utilizzata per stampare i differenti materiali. Per l'ABS usiamo la Fused Deposition Modeling (basata sui filamenti) con un ugello supplementare ed un materiale di supporto, per il poliammide, alumide e gomma usiamo il laser selettivo (con le polveri), per i metalli preziosi usiamo la fusione (sulla base di una stampa 3D a cera) e per la resina usiamo la stereolitografia (basata su polimero liquefatto) .
Questo potrebbe confondere ma la cosa più importante da tenere a mente è la seguente: non si può pensare che l'acciaio inox e l'argento abbiano esigenze uguali soltanto perchè sono entrambi metalli. Sono stampati con diverse tecnologie e, quindi, alcune caratteristiche del progetto saranno diverse. Tuttavia i materiali che utilizzano la stessa tecnologia, come oro, argento, bronzo e ottone (fusione) sono più propensi ad avere esigenze progettuali simili.

Ignorare lo spessore delle pareti
Anche se è possibile trovare le informazioni circa lo spessore della parete nelle linee guida, come già citato, vale la pena sottolineare ancora una volta questo punto. I problemi legati allo spessore delle pareti sono di gran lunga le ragioni più comuni per cui alcuni modelli 3D non sono stampabili. In alcuni casi lo spessore della parete è troppo sottile. Le pareti troppo sottili sono molto fragili e possono rompersi facilmente. In altri casi le pareti troppo spesse generano troppo stress interno sovraccaricando troppo il peso dell'oggetto e potrebbero rischiare addirittura di romperlo.

Ignorare la risoluzione del file
Hai letto le linee guida di progettazione 3D? Conosci perfettamente il tuo materiale? Lo spessore impostato per le pareti è ok? Perfetto, ma c'è un'altra cosa da considerare: la risoluzione del file.
Per la stampa 3D il formato più comune è l' STL nel quale l'intero disegno viene tradotto in triangoli all'interno di uno spazio 3D. La maggior parte dei software di modellazione 3D ha la possibilità di esportare i disegni 3D in un file STL e impostare la risoluzione desiderata. Risoluzioni troppo basse o troppo alte possono causare problemi:
File STL a bassa risoluzione. E' importante essere consapevoli che una esportazione di scarsa qualità non permetterà mai di fornire una buona qualità di stampa. Bassa risoluzione significa che i triangoli del file STL sono troppo grandi e la superficie della stampa 3D non sarà quindi abbastanza liscia ma porterà ad avere una stampa con i pixel in evidenza.
File STL ad alta risoluzione: un file con una risoluzione troppo alta renderà il file troppo grande e talvolta impossibile da gestire. Potrebbe anche contenere un livello estremo di dettagli che le stampanti 3D semplicemente non riescono a stampare.

Ignorare le software guidelines

Utilizziamo molti software di modellazione 3D diversi. Alcuni sono stati progettati per la creazione di stampe 3D e sono per lo più utilizzati dagli artisti della stampa 3D che, per i loro disegni hanno avranno bisogno di parecchie modifiche prima di essere pronti per la stampa 3D definitiva. Ad esempio: l'applicazione dello spessore pareti è automatica per alcuni programmi mentre in altri è necessario impostarla manualmente. Anche se si utilizza un software per principianti che è stato sviluppo solo ed appositamente per la stampa 3D (ad esempio Tinkercad) potrebbero esserci difficoltà, ad esempio con un modello cavo. In questo caso il software Meshmixer può aiutare.
Se si utilizza un software come Blender (utilizzato per la grafica 3D e le animazioni), SketchUp (popolare per architetti e modellatori in scala) o Zbrush (software per gli artisti 3D), qualche ulteriorie preparazione dei file dovrà essere fatta. A seconda del software utilizzato alcune parti possono avere bisogno di essere unite, può essere necessaria la tenuta stagna su alcuni modelli, può servire applicare lo spessore alle pareti. Ancora una volta, ogni software è diverso.

Vincoli dimensionali:
Come in tutti i processi di produzione la stampa 3D ha vincoli che devono essere soddisfatti per poter stampare correttamente le parti.
Dimensione massima dell'oggetto = 10,5 x 5,5 x 4,75 o 266 x 140 x 120 mm (L x P x A)
Superficie minima appoggiata sul piatto di costruzione = 0,295 "x 0,295" o 7,5 mm x 7,5 mm
Altezza minima = 0,1 "o 2,54 millimetri
Risoluzione minima (X / Y) = 0,01575 "o 0,4 mm
Risoluzione minima (asse Z) = 0.00787 "o 0,2 mm
Spessore minimo della parete = 0,0197 "o 0,5 mm

Modifiche dimensionali da modello CAD a parte stampata:
Quado viene riscaldata la plastica si espande, mentre quando viene raffreddata si contrae, questa spansione/contrazione termica provca variazione dimensionali nell'oggetto. La variazione dimensionale è causata anche dalla natura dei filamenti, e dalla corrispondenza di ogni livello con il diametro dell'ugello di estrusione.

Per creare pezzi in dimensioni precise le regolazioni devono essere fatte già dal modello CAD.

Ci sono due formule per modificare, ad esempio, le dimensioni del diametro di un foro . Per utilizzare queste formule tieni conto che: X è il tuo diametro desiderato (ad esempio 4 mm) e Y è il diametro rettificato per il modello CAD (in questo caso 3,34 millimetri). Utilizza la formula “foro verticale” se l'asse del foro è parallelo all'asse Z del piano di costruzione e la formula “foro orizzontale” se l'asse del foro è parallelo agli assi X o Y. Entrambe le formule sono in millimetri.

Due formule sono state identificate per modificare le dimensioni del diametro del foro. Per utilizzare queste formule, il valore x è il vostro diametro desiderato (ad esempio 4 mm) e il valore y è il diametro rettificato per il modello CAD (in questo caso 4,34 millimetri). Utilizzare la formula foro verticale se l'asse del foro è parallelo all'asse Z della piastra costruzione e la formula foro orizzontale se l'asse del foro è parallelo agli assi X o Y. Entrambe queste formule sono in millimetri.
Se la vostra parte richiede dimensionalmente fori precisi, utilizzare queste equazioni.
y = 1.0155x + 0,2795 verticale
y = 0.9927x + 0,3602 orizzontale

I Problemi Top della Stampa 3D (Da Controllare Prima di Iniziare un Nuovo Lavoro di Stampa)

Far partire una stampa 3D NON sarà così facile. Non è semplice, bisogna caricare il modelli 3D, tagliare il modello 3D e stampare il modello 3D tagliato. Ci sono molte cose da considerare prima di inizare una stampa 3D, come la temperatura della camera e del piatto o la calibrazione dell'asse Z. Ecco qui una lista dei primi – in quantità limitata – problemi di cui dovrai occuparti! 

Il piatto di stampa non è abbastanza caldo: quanto il piatto di stampa è freddo (o comunque non bollente) le stampe 3D tendono a deformarsi. La deformazione avviene quando la base della stampa si raffredda velocemente e la parte superiore si espande. Un piatto caldo mantiene il calore sul fondo della stampa, dove la stampa è più a rischio di venire raffreddata dalla temperatura esterna.

La sistemazione del piatto di stampa non è uniforme: questo è un problema più raro e normalmente non dovrebbe verificarsi. Tuttavia è possibile che qualche volta l'ugello sia troppo in alto rispetto al piatto di stampa o, al contrario, stia raschiando il piatto. Questo significa che il piatto è sistemato in modo tale che un estremo sia piegato verso l'alto e l'altro verso il basso.

Temperatura della camera bassa: quando la temperatura dell'ambiente di stampa 3D è troppo bassa il piatto di stampa si raffredda. Il calore del piatto non si mantiene facilmente, sicuramente non in un ambiente freddo.

L'adesione non è sufficiente: quando la stampa si stacca dal piatto durante la stampa probabilmente è indice del fatto che non si dispone di aderenza sufficiente per permettere alla stampa di aderire al piatto. Per migliorare l'aderenza è necessario usare un particolare nastro (in modo da non sporcare il piatto di stampa)

La calibrazione dell'asse Z è sbagliata: questo difetto viene a galla quando l'ugello raschia il piatto di stampa oppure è troppo alto rispetto al piatto e il materiale non è sufficientemente a contatto con il piano. Bisogna ricalibrare l'asse ogni poche settimane per ottenere stampe perfette. Di solito è necessaria una correzione entro 0,05 millimetri.

Le stampe 3D di grandi dimensioni risultano deformate: questo è un problema comune e accade perlopiù perchè il centro del piatto non è abbastanza caldo mentre il calore si concentra di più sui bordi. Inoltre essendo una stampa di grandi dimensioni lo spazio che rischia di essere investito da aria fredda è maggiore.
Under e Over Extrusion: si nota quando le stampe 3D hanno parti di plastica che fuoriescono oltre il livello di stampa corrente oppure viene a crearsi un involucro di materiale attorno all'ugello. Questo significa che viene stampato troppo materiale in una sola volta. Il contrario – under extrusione – si nota quando le pareti dell'oggetto stampato sono molto sottili e per nulla solide.

Problemi di Estrusione: Underextrusion e Overextrusion

Underextrusion -

Qual è il problema? “Underextrusion” significa che la stampante non è in grado di fornire il materiale necessario (o più veloce, se necessario).

Risultato: livelli di stampa troppo sottili, strati con fori indesiderati, o addirittura livelli mancanti

Qual è la causa? Ci sono diverse possibili cause:

1. Il diametro del filamento utilizzato non corrisponde al diametro impostato nel software di slicing.
2. La quantità di materiale che viene estruso è troppo bassa a causa delle impostazioni sbagliate nel software di slicing.
3. Il flusso di materiale attraverso l'estrusore è limitato da eventuale sporcizia nell'ugello.

Cosa fare a questo punto?
Per prima cosa imposta il diametro del filamento dal pannello “Impostazioni di elaborazione”.
1. Controlla il diametro del filamento e la regolazione del diametro nel software di slicing e correggi l'impostazione del software, se necessario. Il diametro del filamento è stampato sulla bobina o sull'imballaggio: se non è presente puoi misurarlo utilizzando un paio di pinze.
2. Se non c'è corrispondenza tra il diametro reale del filamento e l'impostazione del software, il moltiplicatore di estrusione (o portata o compensazione di flusso) potrebbe essere troppo basso. Aumentare l'impostazione del 5% e riavviare la stampa.
3. Verificare se c'è un blocco parziale dell'ugello causato da sporcizia e rimuovere i residui.

Overextrusion -

Qual è il problema? Overextrusion significa che la stampante fornisce più materiale del necessario. Ciò si traduce in materiale in eccesso all'esterno del modello stampato.

Qual è la causa? In genere, il Flow impostato nel software di slicing è troppo alto
Cosa fare a questo punto? Correggere l'impostazione del Flow

Come scegliere l'Infill: il Riempimento della Stampa 3D

Ci sono molti tipi di riempimento diversi in giro ma in questo articolo andiamo ad esaminarne solo 4: rettangolare, triangolare, wiggle e nido d'ape.

Infill Rettangolare

L'infill a trama rettangolare è il metodo di riempimento più utilizzato nonostante non offra alcun tipo di beneficio concreto in più rispetto agli altri modelli di infill. La maggior parte delle persone che scelgono di utilizzare questo riempimento lo scelgono forse per la sua fama ma probabilmente non si sono ancora accorte delle altre soluzioni possibili.

Infill Triangolare

Questo tipo di riempimento offre un'ottima capacità di sostenere carichi di peso elevati e rende quindi l'oggetto molto più forte e resistente. L'infill triangolare è perfetto nei casi di pareti o strutture snelle e allungate come ponti o travi.

Infill Wiggle

Il riempimento wiggle serve solo nel caso in cui alla tua stampa serve meno rigidità, ad esempio su componenti dalla consistenza flessibile. Per il resto è quasi del tutto inutile.

Infill a nido d'ape

E' senza dubbio la migliore soluzione sotto ogni aspetto e con tutti i materiali. Il riempimento a nido d'ape è senza dubbio il più efficiente e veloce da stampare. Questo infill è perfetto per risparmiare tempo, materiale ed energia ottenendo oggetti stampati altamente resistenti. Questo è il motivo per cui gli alveari hanno proprio questa forma: poco impiego di materiale e relativo risparmio economico.

Ma perchè stiamo qui a parlare di api? Cosa hanno a che fare con la stampa 3D? Gran parte della stampa 3D deriva proprio da uno studio sulla struttura del design della natura, in fondo se la natura agisce in questo modo ci sarà un perchè, prendere spunto quindi può solo essere di aiuto alle nostre creazioni. Non importa che tu sia un artista o un ingegnere, la natura avrà sempre qualcosa da insegnarti.

Il riempimento a nido d'ape si adatta perfettamente alla maggior parte delle stampe e asseconda quasi tutte le esigenze: è forte, resistente, richiede poco impiego di materiale e quindi poca spesa di denaro. Si potrebbe quasi dire che l'infill a nido d'ape sia un valore aggiunto alla qualità di stampa 3D