Come funziona una stampante 3D? Dal modello al pezzo finito

Una stampante 3D costruisce una dopo l’altra le sezioni di un modello digitale, fino a formare un oggetto fisico. Pensa a una vaschetta poco profonda per le viti che togli durante una riparazione. Vicino al fondo, una sezione orizzontale è un rettangolo pieno. Sopra il fondo, la stessa sezione diventa una cornice rettangolare. Sovrapponendo queste forme ottieni una vaschetta aperta in alto.

Un software chiamato slicer calcola gli strati per la stampante 3D. Il modo in cui la macchina li forma dipende dalla tecnologia: una stampante a filamento traccia linee di plastica ammorbidita; una a resina LCD usa un disegno luminoso per solidificare la forma di ogni strato.

1. Parti dalla forma che vuoi stampare

Puoi disegnare la vaschetta in CAD, scaricare un progetto esistente o partire da una scansione 3D. Per una semplice vaschetta rettangolare, disegnarla con le misure desiderate è di solito più facile che scansionarne una vera. Il file deve descrivere una forma tridimensionale, compreso l’incavo per le viti.

Apri il modello in uno slicer compatibile con la macchina e controlla le dimensioni. Se una vaschetta grande quanto il palmo sembra un francobollo sul piano virtuale, correggi subito la scala. Ruota anche il modello: dall’alto, un blocco pieno e una vaschetta aperta possono avere lo stesso contorno. Guardare all’interno aiuta a notare un incavo mancante.

2. Prepara la stampa e controlla alcuni strati

Scegli il profilo della stampante e del materiale, poi posiziona il modello sul piano virtuale. Per questo esempio a filamento, appoggia la vaschetta in piano con l’apertura verso l’alto. Esegui lo slicing e scorri l’anteprima uno strato alla volta. In basso dovresti vedere percorsi che coprono il fondo; più in alto, soltanto le pareti. Se l’anteprima riempie l’incavo fino al bordo, controlla il modello prima di stampare.

Il modello descrive l’oggetto; il file elaborato dallo slicer descrive come una specifica macchina lo realizzerà. Un STL, per esempio, può descrivere la superficie della vaschetta. Uno slicer per filamento produce comunemente G-code con istruzioni di movimento ed estrusione. Una stampante a resina può invece usare un file con immagini dei singoli strati e impostazioni di esposizione. ELEGOO Mars 4 è un esempio di macchina che supporta il formato GOO. Quando cambi stampante, riparti dal modello ed esegui lo slicing con il profilo corretto.

3. Prepara macchina e materiale

In una macchina a filamento, la bobina alimenta l’estrusore, che spinge il materiale verso l’ugello riscaldato. Verifica che il materiale selezionato corrisponda alla bobina e che il piano sia posizionato e preparato secondo le istruzioni della macchina. Un primo strato stabile offre una base alle pareti. Se le prime linee si staccano, consulta la guida alla calibrazione della stampante prima di avviare l’intera vaschetta.

Per la stampa a resina LCD, la macchina usa una vasca di fotopolimero liquido e un piatto di stampa. Scegli una resina compatibile e il profilo consigliato. Prepara l’area di lavoro e di pulizia prima di aprire la bottiglia, seguendo la scheda di sicurezza della resina e il manuale della macchina.

4. Osserva come prende forma uno strato

A filamento: segui l’ugello

Una stampante 3D FDM spinge plastica riscaldata attraverso un ugello, formando cordoni sottili. Per uno strato del fondo della vaschetta, l’ugello traccia il perimetro e deposita linee affiancate sulla base. Ogni cordone aderisce al materiale accanto o sotto mentre si raffredda. Completato il fondo, l’ugello segue i percorsi più stretti delle pareti e lascia libero il centro. La macchina cambia la distanza in altezza tra ugello e pezzo per passare allo strato successivo.

A resina LCD: segui la luce

Una stampante 3D LCD forma uno strato esponendo contemporaneamente zone selezionate di resina liquida. In una tipica macchina con illuminazione dal basso, il piatto parte vicino alla pellicola trasparente della vasca, lasciando uno spazio sottile per la resina. Sotto la vasca c’è una sorgente luminosa. Lo schermo LCD fa da maschera e lascia passare la luce secondo l’immagine dello strato. La resina esposta indurisce, aderendo al piatto alla prima esposizione e al pezzo in crescita nelle successive. Lo strato si separa dalla pellicola, nuova resina entra nello spazio e inizia l’esposizione seguente.

La vaschetta ha sempre bisogno di fondo, pareti e incavo vuoto. Cambiano l’orientamento e i supporti richiesti dalla macchina. Un file FDM preparato con la vaschetta appoggiata in piano non indica a una stampante a resina dove esporre o come sostenere il pezzo.

E le stampanti a polvere?

In un sistema SLS per polimeri, si stende uno strato di polvere e un laser fonde la sezione scelta. La polvere non fusa attorno al pezzo lo sostiene durante la costruzione. È un terzo modo di formare strati da un progetto digitale. Per materiali e applicazioni, leggi la nostra introduzione alla stampa 3D.

5. Rimuovi il pezzo e controlla il risultato

Per la vaschetta a filamento, lascia raffreddare piano e pezzo come indicato, poi rimuovila con il metodo previsto per quella superficie. Togli gli eventuali supporti temporanei. Appoggiala su un piano, controlla se gli angoli la fanno oscillare e provala nello spazio previsto. Queste verifiche ti dicono più del messaggio «stampa completata» su cosa migliorare nella versione successiva.

Un pezzo in resina appena stampato presenta normalmente resina non indurita sulla superficie. Segui le indicazioni del produttore per lavaggio, asciugatura e post-polimerizzazione, compresi liquido di lavaggio e impostazioni di cura. Anche il momento in cui togliere i supporti dipende da materiale e geometria. Per un esempio visivo, il tutorial ELEGOO sulla prima stampa in resina passa alla lavorazione del pezzo intorno a 3:25.

Dubbi che possono nascere osservando una stampa

Perché vedo delle righe sulle superfici curve?

La curva viene approssimata da tanti piccoli gradini, più visibili sulle superfici poco inclinate. Ridurre l’altezza dello strato può attenuare questo effetto, ma aumenta il numero di strati. Controlla l’anteprima e la stima dei tempi con il pezzo e il profilo che userai.

Che differenza c’è tra riempimento e supporti?

Nella stampa a filamento, il riempimento, o infill, è una struttura interna compresa tra le pareti esterne e rimane nel pezzo. I supporti sostengono alcune parti durante la stampa e in genere vengono rimossi. Lo spazio per le viti nella vaschetta fa parte del progetto: aumentare il riempimento modifica l’interno delle sezioni solide, non riempie l’incavo.

Quanto dura la stampa?

Per la vaschetta a filamento, parti dalla stima ottenuta nello slicer con il profilo della macchina e del materiale. Una vaschetta alta 15 mm, con strati uniformi da 0,2 mm, ha 75 strati. Il fondo pieno e le sole pareti richiedono percorsi diversi: lo slicer calcola il tempo in base a percorsi e velocità. Larghezza, supporti e profilo possono cambiare la durata anche a parità di strati.

Per un esempio LCD a resina, supponiamo che il modello, supporti compresi, sia alto 30 mm con strati da 0,05 mm: sono 600 strati. Se un ciclo completo dura in media 10 secondi, includendo esposizione, separazione e pause, i cicli totalizzano circa 100 minuti, cioè 1 ora e 40 minuti. È un calcolo con un tempo di ciclo ipotetico. Usa le impostazioni reali della macchina e considera i cicli iniziali più lunghi. Più modelli della stessa altezza sul piatto possono condividere l’esposizione di ogni strato: raddoppiarne il numero può quindi aggiungere poco tempo di stampa. Calcola separatamente preparazione, lavaggio, asciugatura e post-polimerizzazione.