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domenica 1 marzo 2015

TRUCCHI E CONSIGLI SUL PIATTO DI STAMPA ED I MATERIALI DA USARE

Il PIATTO DI STAMPA è un elemento molto importante per una stampante 3d. Infatti l’incorretta preparazione e l’uso non appropriato di alcuni elementi del piatto di stampa (riscaldato o no) può generare i seguenti problemi:


1. l'abs o pla non attacca e non potete nemmeno cominciare a stampare
2. il materiale attacca ma dopo si deforma incurvandosi verso l'alto rendendo l'oggetto inutilizzabile
3. riuscite a fare qualche strato poi durante la stampa il pezzo si stacca dal piatto
Il primo problema, spesso è dato da una scorretta taratura dell'altezza del primo layer. Infatti se l'ugello di stampa si trova troppo in alto (bastano 0,5mm in più per fare la differenza) quando la materia arriva sul piano si è già raffreddata troppo per potersi attaccare in modo sicuro al piatto di stampa. Anche nel caso che la taratura sia stata effettuata correttamente, se la plastica non si attacca è probabile che il piatto sia troppo freddo e quindi non appena la materia calda arriva sul piatto, si innesca un processo di retrazione termica che non permette l'ancoraggio della stessa al piatto di stampa. Quest'ultima condizione, si nota molto spesso utilizzando piatti in metallo non riscaldati. Quest'ultimi infatti anche se grattati con carta vetrata, danno nei migliori dei casi risultati a malapena sufficienti. E’ quindi sempre consigliabile acquistare stampanti con piatti riscaldati per avere quindi un prodotto corretto.

Il secondo problema si identifica soprattutto per le stampe di oggetti relativamente piccoli formate da angoli o cuspidi.

In questo caso, il materiale subisce un effetto di "deformazione da calore" ovvero, i primi strati con il passare del tempo diventano sempre più freddi fino a portarsi a temperatura ambiente (ben lontana dalla temperatura di stampa), mentre gli ultimi, siccome stampati dopo sono a temperature molto più calde. Ecco quindi che i più freddi vengono "attratti" dai più caldi generando una curvatura soprattutto di angoli o parti di piccole dimensioni verso l'alto. Ecco quindi che l'uso di un piano riscaldato, sistemerebbe questo effetto in quanto tenta in qualche modo di bilanciare la temperatura tra gli strati alti e quelli bassi.

Il terzo problema si può praticamente riassumere come la conseguenza del secondo
Infatti se uno o più lati si sollevano troppo, è facile intuire che i punti di forza che tengono il pezzo ancorato al piatto di stampa vengono a diminuire, lasciando il pezzo in balia degli attriti che si vengono a generare tra pezzo e l'ugello legati per mezzo del filo di materia plastica in estrusione.

Gli ultimi due problemi sono più evidenti quando si stampa estrudendo plastica ad alte temperature come l'ABS (circa 250°C). Estrudendo materiale plastico come il PLA (circa 120°C) il materiale è meno incline alle deformazioni.

Vediamo quindi nel dettaglio quali siano le possibili soluzioni con piatti di stampa diversi

Piano in plexiglass spesso 3mm - materiale di stampa: ABS

I piatti in metallo a temperatura ambiente non offrono grandi risultati, e pertanto vediamo quali altre possibili soluzioni si possono usare. 

Iniziamo quindi con un piatto in plexiglass.

La prima prova viene eseguita su un piatto spesso 3mm grattato con 2 tipi di carte abrasive, la 80 prima e la 150 dopo. Questa operazione ha lo scopo di creare una porosità sul piano che permetta alla plastica (ABS nel nostro caso) nello stato di appena estrusa (quindi una via di mezzo tra liquido e solido) di aggrapparsi al piano rendendo più stabile il pezzo durante la stampa.

Il risultato è abbastanza buono per quanto riguarda il pezzo, infatti si rileva una diminuzione del sollevamento degli spigoli rispetto i piani in metallo, e di conseguenza il pezzo è rimasto attaccato al piatto di stampa fino alla fine.
Si rileva però due deformazioni del piano di stampa stesso. In primo luogo si è formata una conca verso il basso nel punto dove si stava stampando, probabilmente dovuta all'eccessivo calore in relazione allo spessore del piano. In secondo luogo, si rileva che sul piano è rimasto inciso il primo layer del pezzo in stampa.
Delle due deformazioni, quella che da più da pensare è la seconda, infatti il pezzo è rimasto attaccato al piano in plexiglass, non perché il materiale è idoneo alla stampa, ma perché sfrutta il principio di tensione superficiale che si forma quando il filamento di ABS fonde la primissima patina del piano.

In conclusione, il piano in queste condizioni permette di stampare senza problemi enormi, pezzi semplici (con forme definite) e con dimensioni contenute. 
Stampe di oggetti con dimensioni elevate danneggiano il piano prima della conclusione del pezzo, mentre se si stampano oggetti complessi (pieni di spigoli o con forme complicate) il piano non assicura l'aderenza, e spesso il pezzo si stacca dal piano durante la stampa.
In ogni caso, ogni volta che si stampa il piano subisce un danno, che nel migliore dei casi è l'incisione del pezzo sulla superficie del piano, in quel caso per poter riutilizzare il piano, è necessario spianare il piatto con l'ausilio della carta vetrata. Attenzione perché durante la spianatura, si incorre nel rischio di creare nel piano delle piccole conche che andranno a pregiudicare il livello di aderenza del materiale sul piatto. In ogni caso ogni volta che si spiana, si va a esportare del materiale con la conseguenza di indebolire il piano che subirà gli effetti della stampa ogni volta in maniera più accentuata.

Piano in plexiglass robusto spesso 5mm - materiale di stampa: ABS

Il piatto in plexiglass spesso 3mm, può non fornire i risultati sperati e per migliorare ulteriormente la stampa occorre provare altre strade.
Proviamo quindi ad aumentare lo spessore del piatto e ha cambiare tipo di plexiglass, prendendone una tipologia più robusta. In questo modo contiamo di riuscire a stampare senza incurvare il piano e a diminuire l'effetto di incisione del pezzo sul piano che abbiamo ottenuto con il piatto in plexiglass leggero.

La prova ha dato esito NEGATIVO su tutte le richieste. L'elevata robustezza del piano, non permette minimamente l'incisione del pezzo che a inizio stampa si stacca dal piano. Dopo varie prove, il risultato ha prodotto più o meno i soliti risultati. Comunque anche lasciando il pezzo (nonostante staccato) sul piano di stampa, abbiamo appurato che non si formano conche, come se il calore del pezzo non gli facesse nulla.

Quindi in sostanza non abbiamo trovato un piatto di stampa, ma abbiamo scoperto che questo tipo di plexiglass può essere utilizzato come supporto per un eventuale nastro adesivo.

Nastro "Blue Tape" - materiale di stampa: ABS

Non è insolito trovare un video su youtube dove una stampante 3D stampa senza nessun problema su un piano ricoperto con un materiale di colore blu che sembra molto poroso.
Quel materiale è un particolare nastro adesivo molto diffuso negli USA chiamato ScotchBlue Painters Tape for Multi-Surfaces, utilizzato per fare delle mascherature a porte e finestre prima di dipingerle.
In Italia non sembra essere cosi diffuso, qui preferiamo usare il comune nastro di carta piuttosto che un nastro fatto a posta. Il nastro di carta è piuttosto poroso e quindi idoneo al test (in sostituzione del nastro Scotch non facilmente rintracciabile)

Effettivamente la superficie è parecchio porosa e sembra resistere bene alla temperatura del filamento. Un consiglio è quello una volta posizionati tutti i pezzi di nastro, strofinarci sopra un pezzo di scotch (dalla parte non adesiva naturalmente) per far aderire completamente tutti i bordi che possono essere rimasti sollevati (vedi foto sopra).

Test di stampa 
La prova ha dato un esito abbastanza positivo, si rileva che l'oggetto difficilmente si stacca dal piano (solo in caso di taratura asse z errata) e una sensibile diminuzione dell'effetto di sollevamento dell'oggetto. Non è ancora perfetto, infatti il sollevamento c'è ancora e probabilmente può creare problemi per pezzi complessi o di notevoli dimensioni.Con netta probabilità, utilizzando PLA come materiale di stampa, i risultati migliorano ulteriormente.

Piatto riscaldato una valida soluzione - Heated bed MK2

Eccoci arrivati al punto di svolta! Se avete letto dal principio questa pagina,avrete capito che fino ad ora le stampe dovevano essere: brevi,non molto alte,e soprattutto lente altrimenti il risultato sarebbe stato il sollevamento dell'oggetto e conseguente fallimento della stampa 3D. 

Ecco quindi il arrivato il momento di parlare del famoso piatto riscaldato.

COS'E', A CHE COSA SERVE, E A CHI SERVE:
Il piatto riscaldato non è nient'altro che una grossa resistenza elettrica che, grazie al calore generato, fa aderire quasi perfettamente i primi strati di materiale estruso e impedisce che quest'ultimi si raffreddino troppo velocemente. E’ importante far notare che il piatto riscaldato è dedicato per chi stampa con ABS, infatti alcune prove effettuate con PLA non hanno portato a evidenti miglioramenti di qualità.

Noi di FILOPRINT, consigliamo di acquistare, se possibile, sempre stampanti con piatto riscaldato perché in linea di massima sono quelle che garantiscono un risultato migliore in assoluto, dato che il piatto può essere tarato a temperatura desiderata che può variare da ZERO al massimo di gradi possibili, fornendo quindi il massimo prestazionale in relazione al materiale filamentoso da estrudere.

PLASTICHE PER LA STAMPA 3D

Attualmente sul mercato è presente un vasto assortimento di materiali per la stampa 3D, oltre ai classici ABS e PLA.
3D Printercad fa una panoramica riguardo i materiali utilizzati.

ACIDO POLILATTICO (PLA)
Disponibile in vari colori, opaco o traslucido, molto ricercato perché di origine vegetale ed è biodegradabile.
Tutte le varietà del PLA aderiscono bene al Kapton o al vetro riscaldato a 60°, che produce una superficie liscia sull’oggetto stampato.
-Caratteristiche tecniche:
temp ugello: 185-235°C
temp piatto: ambiente fino a 60°
superficie di stampa: nastro per mascheratura blu, vetro riscaldato, nastro di Kapton e vinile di taglio
Le principali proprietà sono reologiche, meccaniche e di biodegradabilità.
Reologiche: elasticità del fuso inferiore a quella delle olefine.
Meccaniche: variano da quelle di un polimero amorfo a quelle di un polimero semicristallino; proprietà intermedie a quelle del PET e del polistirene. La temperatura di transizione vetrosa è maggiore della temperatura ambiente; si ottengono materiali trasparenti.
Biodegradabilità: così come prodotto non risulta biodegradabile; lo diventa in seguito a idrolisi a temperatura maggiore di 60 °C e umidità maggiore del 20%

ACIDO POLILATTICO (PLA MORBIDO/FLESSIBILE)
Risulta gommoso e flessibile quando lo si stampa, disponibile in colori limitati.
Per ottenere migliori risultati conviene stamparlo a una temperatura inferiore a quella del PLA normale.
temp ugello: 210-240°C
temp piatto: ambiente
superficie di stampa: nastro per mascheratura blu, vetro riscaldato

LAYWOO-D3
La più grande particolarità di questo filamento è di avere l’aspetto e l’odore del legno (costituito dal 40% legno riciclato e polimero composito) ne esistono di vari colori.
Ha temperature più basse appare più chiaro, a temperature maggiori appare come legno più scuro.
Può però lasciare fili durante movimenti di estrusione della testina di stampa.
temp ugello: 175-250°C
temp piatto: ambiente
superficie di stampa: nastro per mascheratura blu
Caratteristiche di LAYWOO-D3 filamento:
40% recycled wood; 40% di legno riciclato;
No warping; Nessuna deformazione;
Smells like wood; Puzza come il legno;
Flexible; Flessibile;
No heated bed necessary, sticks well to print bed; No lettino riscaldato necessario, attacca bene a letto la stampa;
Varying brightness of printed material by varying extruder termperature (recommended between 185°C and 230°C). Variando luminosità del materiale stampato variando estrusore termperature (consigliata tra 185 ° C e 230 ° C).

LAYBRICK
Nella fase di stampa risulta ruvido come la pietra arenaria. Può essere fragilee ad una temperatura di 165-190° la finitura è liscia, a temperatura di 210-230° ruvida.
temp ugello: 165-230°C
temp piatto: ambiente
superficie di stampa: nastro per mascheratura blu
Specifiche tecniche:
near zero warp vicino allo zero ordito
ideal for jumbo-printers ideale per i jumbo-stampanti
the objects are ink-able, grind-able gli oggetti sono di inchiostro in grado, grind-able
no heated bed needed nessuna lettino riscaldato necessaria
contains natural mineralic fillers (super-fine milled chalk) and contiene riempitivi mineralogiche naturali (super-multa lavorato gesso) e
harmless co-polyesters innocui co-poliesteri
print temp: 165°C to 190°C to get smooth, higher temperatures (210°C) will print rougher surfaces, fan requires to be on. Temp. di stampa: 165 ° C a 190 ° C per ottenere liscia, alte temperature (210 ° C) verranno stampati superfici più ruvide, ventilatore richiede di essere in.
3.0 mm/ 1.75 mm available 3,0 millimetri / 1,75 millimetri disponibili

ACRILONITRILE BUTADIENE STIRENE (ABS)
Si tratta della plastica dei mattoncini della lego, ne esistono di moltissimi colori.
Per aderire bene richiede un piatto riscaldato.
temp ugello: 215-250°C
temp piatto: 90-115°C
superficie di stampa: nastro di Kapton
E’ un materiale infiammabile che nella combustione rilascia gas tossici.
Il costo è abbastanza basso per la presenza di stirolo e acrilonitrile, ambedue sostanze di poco pregio, ma aumenta a seconda della percentuale in gomma.

POLISTIRENE AD ALTO IMPATTO (HIPS)
Usato per stampare oggetti finali o supporti che si sciolgono con il limonene.
Molto più economico del PVA e la stampa è migliore; presentano ottime finiture che nascondono le righe di stampa.
temp ugello: 220-235°C
temp piatto: 115°C
superficie di stampa: nastro di Kapton
Rispetto al polistirene comune, il polistirene antiurto presenta le seguenti peculiarità, dovute alla presenza della gomma SBR:
maggiore tenacità, cioè maggiore allungamento a rottura (l'HIPS è in grado di subire una deformazione anche superiore al 40% prima di rompersi)
maggiore resilienza, cioè maggiore resistenza all'urto
lieve diminuzione della resistenza a trazione
lieve diminuzione della resistenza a flessione
leggera diminuzione del modulo di Young
leggera diminuzione della durezza
leggera diminuzione della resistenza all'invecchiamento (associata alla presenza di monomero residuo)
opacità.

NYLON
Viene tinto molto facilmente, ma più difficile da usare per le sue proprietà poiché si riduce, deforma e arriccia. Adatto ad oggetti robusti e a basso attrito, stampato a strati sottili è flessibile.
temp ugello: 235-260°C, saldatura migliore a 245°C
temp piatto: ambiente
superficie di stampa: fogli di nylon e garolite
Non viene attaccato dai solventi abitualmente utilizzati nei lavaggi a secco e nemmeno da alcoli, aldeidi, eteri; ha una ripresa all'umidità del 4%, la più alta fra le fibre sintetiche.
Non è tossico e non produce allergie: eventuali reazioni cutanee sono dovute esclusivamente a insufficiente lavaggio dopo le operazioni di filatura, tintura e tessitura.

POLITILENE TEREFTALATO (PET)
Filamento cristallino, incolore, robusto e resistente agli urti, stampando ad altezze dello strato superiore si ottiene una migliore chiarezza ottica.
temp ugello: 210-235°C
temp piatto: ambiente fino a -65°C
superficie di stampa: nastro per mascheratura blu, vetro, nastro di Kapton
Quali sono le caratteristiche del PET?
trasparenza e stabilità cromatica
Elevata resistenza agli urti e forza tensile
Buona resistenza chimica
Peso contenuto
Struttura flessibile
Riciclabile
Eccezionale stabilità dimensionale
Resistenza al calore e all'invecchiamento termico
Eccellenti proprietà antiusura
Il PET è composto dagli stessi tre elementi (carbonio, idrogeno e ossigeno) della carta e non contiene sostanza tossiche. Se bruciato produce anidride carbonica e acqua e non lascia residuo tossico.

POLICARBONATO (PC)
Sono necessari ugelli capaci di stampare ad alte temperature, come quello della Prusa.
Considerato ancora un filamento in fase sperimentale.
temp ugello: 280°-305°C
temp piatto: 85°C-95°C
superficie di stampa: nastro di Kapton
I policarbonati resistono agli acidi minerali, agli idrocarburi alifatici, alla benzina, ai grassi, agli oli, agli alcoli tranne l'alcol metilico e all'acqua sotto i 70 °C. Al di sopra di tale temperatura l'acqua attacca il polimero favorendo una graduale decomposizione chimica. La biodegradabilità è scarsa e richiede tempi lunghi.
A causa del rilascio dei una sostanza come il Bisfenol-A è considerato tossico e molte azienda lo hanno comprato per sostituirlo con altri materiali nuovi.
POLIETILENE AD ALTA DENSITA’ (HDPE)
Difficile da usare perché come il nylon si riduce, deforma, arriccia e si piega molto raramente.
temp ugello: 225-230°C
temp piatto: ambiente
superficie di stampa: fogli di polipropilene
Atossicità, resistenza chimica, basso assorbimento igroscopico, autolubrificazione, basso coefficiente di attrito, buona resistenza all'usura, largo intervallo di temperature di impiego, fanno di questo materiale un prodotto versatile idoneo per la realizzazione di pezzi destinati ad impieghi meccanici e per scorrimenti antiusura.

POLICAPROLATTONE (PCL)
Famoso come il filamento flessibile di MakerBot, è un polistirene biodegradabile con un punto di fusione molto basso equivalente a 58-60°C e si può scaldare in acqua calda e rimodellato.
temp ugello: 100°C
temp piatto: ambiente
superficie di stampa: acrilico
Essendo dotato di buone caratteristiche di biocompatibilità e di un'elevata stabilità termica, è molto utilizzato nel campo delle applicazioni biomedicali; ha inoltre una buona resistenza nei confronti del cloro, dell'olio, dell'acqua e dei solventi in genere.
Questo polimero è spesso usato come additivo per migliorare le caratteristiche di lavorazione e le proprietà di resine; può essere inoltre mescolato con l'amido per abbassarne il costo relativo ed aumentarne la biodegradabilità.
Materiale che non produce una risposta tossica.

ALCOOL POLIVINILICO (PVA)
Usato come materiale di supporto e si dissolve nell’acqua; è un materiale caro e lavorarci può essere difficile.
temp ugello: 180-200°C
temp piatto: 50°C
superficie di stampa: nastro per mascheratura blu
Aspetto: liquido viscoso
Colore: azzurro
Odore: alcolico
Punto di fusione: 90-100°C
Punto di infiammabilità: 79 °C
Punto di ebollizione: 228°C
Densità relativa: 1.19-1.31 g/cm
Solubilità: acqua e alcool
Tossicità: rilascia sostanze tossiche

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