Ogni volta che si stampa in 3D, è necessario considerare due aspetti critici che determineranno la qualità dell'oggetto. Il primo si concentra sulla stampante 3D stessa, inclusa l'affidabilità, le caratteristiche tecniche e il materiale. La seconda considera il design e come si adatta alla tecnologia di produzione scelta.
In questo articolo, esamineremo alcuni degli aspetti di progettazione più cruciali da considerare quando si progetta per la stampa 3D FDM (Fused Deposition Modeling). Questo ti aiuterà ad aumentare l'efficienza e a realizzare prodotti migliori.
Suggerimenti per progettare per la stampa 3D
I seguenti suggerimenti si basano sulle limitazioni della stampa 3D FDM e sui requisiti di progettazione. Tuttavia, sono anche utili se stai creando prototipi con altre tecnologie di stampa 3D come SLA, DLP o SLS.
WALL THICKNESS - SPESSORE DEL MURO
Se stai progettando un involucro o l'involucro esterno di un prodotto, devi considerare che lo spessore minimo della parete per la stampa 3D FDM è di 0,8 mm . Lo spessore della parete è strettamente correlato al diametro dell'ugello, che è l'elemento in cui viene estruso il materiale.
Il diametro dell'ugello standard è di 0,4 mm e lo spessore della parete deve essere almeno due volte il diametro dell'ugello . Se si utilizza un ugello da 0,8 mm, lo spessore della parete dovrebbe essere di almeno 1,6 mm.
A seconda del software di SLICING utilizzato, le pareti più sottili potrebbero essere ignorate e non stampate oppure potrebbero essere stampate, sebbene la qualità della superficie e la resistenza delle parti risulteranno ridotte.
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BRIDGE - PONTI
Il bridging si riferisce alla capacità della stampante 3D di stampare in aria tra due punti senza la necessità di materiale di supporto.
Anche se il bridging è fortemente influenzato dalla stampante 3D e dai materiali utilizzati, non è consigliabile aggiungere spazi o ponti di oltre 15 mm. Se un progetto include spazi più grandi di 15 mm, la parte inferiore del ponte si abbasserà a meno che non venga aggiunto materiale di supporto. Ridurre la dimensione della fessura è la soluzione migliore , poiché l'utilizzo di materiale di supporto può danneggiare leggermente la superficie in cui il materiale di supporto tocca la parte.
È importante ricordare che i ponti collegano due punti che sono alla stessa altezza e li collega con una linea retta. Qualsiasi spazio che collega due punti a diverse altezze è una sporgenza.
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OVERHANGS - SPORGENZE
Le stampanti 3D FDM depositano più strati di plastica uno sopra l'altro per creare un oggetto. Non puoi stampare “in aria” senza supporto perchè questo compromette fortemente la riuscita della stampa 3D. Ciò significa che puoi controllare le sporgenze nel tuo progetto o utilizzare materiale di supporto. Sbalzi fino a 45º di stampa ad alta qualità. A seconda del materiale, dell'altezza dello strato e della stampante 3D che utilizzi, potresti essere in grado di stampare sporgenze fino a 60º con una qualità decente. Si consiglia di utilizzare materiale di supporto su tutte le sporgenze superiori a 60º .
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Un ottimo modo per vedere i diversi tipi di sottosquadra e ponti è con la parola THEY. Ognuna delle lettere ha una forma unica e alcuni dei problemi di stampa 3D più comuni si presenterebbero se le lettere fossero stampate in 3D nella loro posizione originale . Come puoi vedere nell'immagine qui sotto, sia T che E hanno due sporgenze, che richiederebbero materiale di supporto. Tuttavia, la lettera H ha un ponte e la lettera Y ha piccole sporgenze, il che significa che quelle due lettere potrebbero essere stampate in 3D nella loro posizione originale.
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VERTICAL HOLES - FORI VERTICALI
Se sei abituato alla stampa 3D FDM, saprai che i fori verticali sottodimensionati sono un problema comune . Ciò è correlato al processo di fabbricazione, poiché la plastica estrusa viene compressa contro lo strato precedente, espandendosi sul piano XY, creando fori più piccoli del previsto.
Le variazioni delle dimensioni del foro verticale sono influenzate dal tipo di stampante 3D, dal materiale e dalle impostazioni di stampa. La soluzione migliore è eseguire alcuni test per trovare l'entità del sottodimensionamento e compensarlo nel progetto . Ad esempio, se si desidera un foro di 2 mm, potrebbe essere necessario aggiungere 0,2 mm per compensarlo.
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Se non è possibile apportare modifiche al modello 3D, i fori possono essere semplicemente praticati dopo la stampa. Questa opzione richiede tempo, ma offre la massima precisione possibile. Tuttavia, in questo caso, si consiglia l'uso di filamento/materiale duttile e forabile senza problemi come ad esempio alcuni tipi di ASA oppure COPOLIMERI – NYLON/POLIAMMIDI altrimenti un materiale non idoneo, non permette la foratura in modo ottimale, spezzandosi.
Nei casi in cui gli elementi di fissaggio verranno inseriti in fori verticali, è possibile sottodimensionarli appositamente per evitare l'uso di dadi. Ad esempio, se utilizzerai viti da 3 mm, i fori possono essere di 2,8 mm, generando una presa salda quando le inserisci. Pensa che se i fori sono troppo piccoli, la parte potrebbe rompersi quando inserisci il dispositivo di fissaggio.
HORIZONTAL HOLES AND ARCHES - FORI ORIZZONTALI ED ARCHI
Anche se anche i fori orizzontali sono sottodimensionati, la causa è diversa. Quando si progetta una parte con fori o archi orizzontali, la parte superiore del cerchio diventa una sporgenza .
Se i fori e gli archi hanno uno scopo visivo, l'uso di materiale di supporto è l'opzione migliore. Tuttavia, se i fori sono funzionali e hai intenzione di inserire elementi di fissaggio, potresti considerare di modificare il design per trasformarlo in un foro a forma di goccia . Questo cambierà la sporgenza e ti darà più opzioni per controllare il sottodimensionamento.
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PART ORIENTATION - ORIENTAMENTO DELLA PARTE
Nella maggior parte dei casi, la posizione in cui la parte è stampata in 3D non corrisponderà alla posizione di utilizzo. Ad esempio, con la parola THEY, possiamo vedere che solo la lettera Y può essere facilmente stampata in 3D nella sua posizione originale.
L'obiettivo quando si orienta una parte è ridurre le sporgenze , i ponti e qualsiasi altro elemento che possa ridurre la qualità di stampa o il tasso di successo.
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SUPERFICIE DELLA PARTE INFERIORE
Il primo strato dell'oggetto è stampato in 3D su una superficie piana e deve aderire molto bene. Le stampanti 3D FDM di solito sono dotate di un letto riscaldato e superfici di stampa specifiche che aumentano l'adesione delle parti. Tuttavia, puoi anche progettare parti con una stampabilità migliorata.
Se il tuo disegno può essere stampato in più modi, trova l'orientamento della parte che copre la superficie più grande . Ad esempio, se la lettera Y è stampata in 3D nella sua posizione originale, il primo livello sarà costituito da un piccolo quadrato. Se capovolgi la Y, la superficie di stampa raddoppierà. Tuttavia, se il modello viene ruotato di 90º e rimane piatto, la superficie di stampa aumenterà enormemente, riducendo i rischi e aumentando la qualità di stampa.
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USE ORIENTATION - USA ORIENTAMENTO
A causa del processo di produzione, le parti stampate in 3D sono generalmente più deboli nella direzione perpendicolare agli strati. Ciò è correlato al modo in cui i livelli si attaccano l'uno all'altro e le impostazioni di stampa e i materiali dovrebbero essere presi in considerazione.
Se si stampa una parte funzionale, è necessario considerare l'orientamento della parte durante la preparazione dei file. Più grande è la superficie di uno strato, più forte è. Ad esempio, se progetti una parte lunga che deve resistere al peso, stampala in modo che le linee del livello siano perpendicolari alla direzione del peso.
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PROBLEMA PIEDE DI ELEFANTE
Come abbiamo detto, è essenziale una buona adesione del primo strato alla superficie di stampa. Tuttavia, a volte ti ritroverai con una parte che ha un primo strato sporgente chiamato piede di elefante .
Questo problema è solitamente il risultato di un livellamento del letto o di impostazioni di stampa scadenti . Quando il materiale viene estruso, l'ugello dove scorre è troppo vicino alla superficie di stampa, espandendo il materiale ai lati. Una volta depositati i primi strati, questo problema scompare.
Il piede di elefante può rovinare una parte visivamente e anche funzionalmente, in quanto riduce le tolleranze e rende impossibile combinarla con altri componenti che richiedono alta precisione.
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Le soluzioni più comuni includono il controllo del livellamento della superficie per assicurarsi che l'ugello non sia troppo vicino, la stampa utilizzando una zattera (RAFT), la diminuzione della temperatura del letto (particolarmente utile se si stampa con PLA) o l'aggiunta di smussi ai bordi inferiori.
PROBLEMA DI WARPING – ORDINTURA
Se il piede di elefante è un segno di troppa adesione, la deformazione rappresenta l'opposto. Quando si stampano oggetti di grandi dimensioni, l'adesione del letto tende a essere difficile e il livellamento e le impostazioni del letto diventano davvero essenziali. Noterai che una parte si è deformata quando gli angoli della parte inferiore del modello si piegano verso l'alto
Alcune soluzioni di design che riducono la deformazione includono l'aggiunta di angoli arrotondati o semplicemente l'evitare i grandi modelli piatti.
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Dimensione del testo
L'aggiunta di testo a un modello 3D può essere difficile poiché non tutti i caratteri e le dimensioni saranno leggibili. Anche le caratteristiche meccaniche della stampante 3D svolgono un ruolo importante in quanto il testo di piccole dimensioni di solito spinge la risoluzione di stampa al limite. Ecco alcuni suggerimenti se desideri aggiungere del testo al tuo modello 3D:
Usa caratteri sans serif come Arial, Montserrat o Helvetica poiché i tratti hanno uno spessore coerente.
Ridimensiona il testo in modo che tutti i tratti abbiano uno spessore del tratto di almeno 0,8 mm o lo spessore minimo della parete.
È possibile imprimere o incidere il testo, ma la profondità consigliata è la stessa: 0,4 mm o il diametro dell'ugello.
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EDGES – BORDI
Se guardi attentamente gli oggetti intorno a te, noterai che non ci sono molti oggetti con spigoli vivi, motivo principale per cui non è comodo tenere in mano un oggetto appuntito. Si consiglia di arrotondare gli angoli del modello 3D se si utilizza una stampante 3D FDM.
Il motivo non è l'ergonomia, ma l'inerzia. La parte della stampante che sostiene l'estrusore e si muove deve cambiare direzione molte volte ogni minuto. Se deve ruotare improvvisamente di 90º, genererà molta inerzia, che creerà artefatti sulla superficie del modello. Quindi, se si arrotondano gli angoli, l'inerzia sarà ridotta e la superficie del modello apparirà più pulita. Un piccolo filetto di 2 mm può fare una grande differenza .
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MINIMUM FEATURE SIZE – DIMENSIONE MINIMA OGGETTO
La più piccola caratteristica stampabile di un modello 3D è determinata dal diametro dell'ugello e dai motori utilizzati dalla stampante 3D. A causa del processo di fabbricazione, la plastica estrusa deve essere modellata in una forma sufficientemente grande in modo che la plastica possa solidificarsi mantenendo la forma originale.
La dimensione minima delle caratteristiche per la stampa 3D FDM è di 2 mm , sebbene la forma del modello 3D e il materiale scelto possano richiedere dimensioni leggermente maggiori.
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All'interno di piccole funzionalità, i perni verticali possono essere i più difficili. A causa della superficie di stampa ridotta e del fatto che di solito si trovano nella parte superiore del modello 3D, richiedono una dimensione minima per stampare con una qualità decente.
I perni verticali (vertical pins) con un diametro inferiore a 3 mm probabilmente si deformeranno quando verranno stampati poiché il materiale viene estruso più velocemente di quanto possa raffreddarsi e solidificarsi. I perni con diametri compresi tra 3 mm e 5 mm sono abbastanza grandi da stampare, ma la qualità dipende dal materiale e dalle impostazioni di stampa. Se possibile, utilizzare perni da 6 mm o più per ottenere la migliore qualità .
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FILLETS – FILETTI (RACCORDI)
filetti
Se vuoi rafforzare parti del tuo modello 3D, i raccordi sono la soluzione più semplice. Ciò è particolarmente utile per quegli elementi fragili che si collegano al corpo principale. L'aggiunta di un semplice raccordo può rafforzare la parte e ridurre le concentrazioni di stress.
I bordi arrotondati sono essenziali quando si progettano gli involucri poiché è necessario ottenere una certa resistenza pur avendo spazio e materiale limitati.
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RIBS – COSTOLE DI RINFORZO
Se smonti un CASE di un prodotto elettronico, è probabile che troverai nervature che collegano elementi di design critici all'interno. C'è una ragione per questo. Le nervature sono usate per rinforzare le pareti sottili e per tenere le sporgenze . Possono essere combinati con filetti se è necessaria una resistenza aggiuntiva e sono compatibili con altre tecnologie di produzione come lo stampaggio a iniezione.
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DIVIDI IL MODELLO
Se il tuo modello 3D è troppo complesso e non c'è modo di stamparlo in modo efficiente, dividilo. Ciò ridurrà i rischi poiché la stampa di parti più piccole è generalmente più semplice rispetto alla stampa di una parte grande . Inoltre, ti darà la possibilità di ottimizzare l'orientamento della parte e aumentare la resistenza complessiva.
La suddivisione di un modello 3D è particolarmente utile quando si lavora con forme organiche o rotonde in cui non sono presenti superfici inferiori piatte . Ad esempio, la stampa 3D di una sfera poiché una parte richiederebbe materiale di supporto e la metà inferiore avrebbe una qualità superficiale bassa. Inoltre, se si divide il modello in due metà, possono essere stampati ad alta qualità senza materiale di supporto.
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TOLLERANZE DEGLI OGGETTI INTERBLOCCATI/INCASTRO
Il tuo modello 3D include due parti ad incastro? Se è il caso, dovresti lasciare una distanza di 0,3 mm tra le parti per un facile montaggio . La distanza consigliata dipende dal tipo di stampante 3D e da quanto è ben calibrata, sebbene una distanza di 0,3 mm sia considerata abbastanza sicura.
Ad esempio, se desideri inserire un cubo da 10 mm in un foro quadrato, il lato del foro deve misurare almeno 10,6 mm (+ 0,3 mm su ciascun lato). Consigliamo di testare la macchina e contattare il produttore della stampante 3D per conoscere le tolleranze esatte che la macchina può raggiungere. Inoltre, considera l'accuratezza dimensionale complessiva della parte che stai per stampare in 3D . Ad esempio, le stampanti 3D FDM desktop di solito offrono una precisione dimensionale di +/- 0,2 mm. Nella stampa 3D FDM, di solito è correlato al restringimento del materiale.
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Materiale
di supporto per il controllo
È possibile evitare il materiale di supporto in molti modi, ma a volte sarà necessario utilizzarlo. In questi casi, dovresti essere in grado di controllare il design per aggiungere il minor supporto possibile e nei punti in cui può essere facilmente rimosso.
È importante ricordare che la rimozione del materiale di supporto può lasciare segni sulla superficie , il che significa che sarà necessario rielaborare la parte se si desidera una finitura superficiale liscia.
Ad esempio, se il tuo modello ha forme organiche come rami o braccia, si consiglia di orientare il modello in modo da consentire di posizionare il materiale di supporto in parti non visibili o facilmente post-elaborate .
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Anche se non è comune, puoi sempre incorporare strutture di supporto all'interno del progetto poiché puoi controllarle meglio che con il software di slicing. Tuttavia, potrebbe non essere la soluzione migliore se il design è stampato in 3D con macchine diverse, poiché ognuna di esse gestisce le strutture di supporto in modo diverso.
MESH DENSITY – DENSITA' DELLE MESH
Per una spiegazione approfondita rigurado al setting del progetto al CAD per preparare al meglio il disegno tecnico
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se il tuo design non era pensato per essere stampato in 3D, dovrai controllare alcuni dettagli, inclusa la densità della mesh (nota anche come risoluzione mesh).
Quando esporti un modello 3D, viene generata una mesh. Devi trovare la giusta densità di mesh in base allo scopo dell'oggetto. Una mesh a bassa densità genererà un oggetto stampato in 3D in cui è possibile vedere SFACCETTATURE INDESIDERATE, il che non è l'ideale se si tratta di un elemento visivo. D'altra parte, se la densità della mesh è troppo alta, la stampante 3D e il software di SLICING potrebbero avere problemi a gestire il file. Occorre quindi sempre trovare un equilibrio MOLTO IMPORTANTE se volete che l'oggetto stampato sia il può liscio e pulito possibile.
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MATERIALE
Esistono dozzine di materiali per la stampa 3D e ognuno di essi ha i propri requisiti di progettazione. Ciò significa che il design stampato in 3D con materiale PETG resistente potrebbe non essere stampato con la stessa qualità se si utilizzano materiali flessibili.
Ogni produttore di materiali ha i propri consigli e devi tenerne conto quando progetti. Alcuni aspetti critici che dovrebbero essere considerati includono l'angolo di sporgenza, l'adesione dello strato inferiore e le dimensioni minime delle caratteristiche.
Conclusione
La maggior parte delle cose che sono state menzionate sopra possono essere facilmente implementate nella maggior parte dei flussi di lavoro di modellazione. Ci sono molti piccoli dettagli che migliorano l'esperienza di stampa 3D quando implementati.
È imperativo sia per i consumatori che per i produttori di stampa 3D capire come funziona la stampa 3D e come progettare per essa. La stampa 3D ha cambiato il modo in cui progettiamo e produciamo perché possiamo regolare e modificare quasi tutti i parametri per realizzare prodotti unici.
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