Scott Crawford, membro del board di SimGHOSTS, esplora il potenziale di trasformazione della stampa 3D per i tecnici di simulazione. Evidenziando i suoi inizi negli anni ’80 e la sua evoluzione verso dispositivi domestici accessibili, questo articolo sottolinea la facilità di creare prototipi con il software CAD. La partnership in corso tra SIMZINE e SimGHOSTS mira ad approfondire i temi della tecnologia di simulazione, sottolineando la crescente accessibilità e utilità della stampa 3D nel settore.
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Le stampanti 3D sono dispositivi capaci e funzionali che presto diventeranno punti fermi nell’arsenale di tutti gli hobbisti e gli appassionati. Il concetto di progettare e lavorare con il software di progettazione assistita da computer (CAD) e creare i propri modelli prototipo può sembrare intimidatorio per molti, ma il concetto sembrerà rapidamente molto più accessibile una volta superato l’ostacolo della prima stampa.
Introduzione
Il concetto di stampa 3D è nato a metà degli anni ’80, quando il fondatore di 3D Systems ha creato una macchina per la prototipazione rapida di parti. Basata in parte sul concetto di calcolo degli integrali, la tecnologia di prototipazione rapida si basa sulla creazione di strati sottili di materiale applicati in sequenza per approssimare una struttura solida. Solo nell’ultimo decennio la tecnologia è progredita in termini di capacità e di prezzo per fornire dispositivi domestici e di consumo. Nelle stampanti 3D attuali, un filamento (solitamente di plastica) si fonde mentre passa attraverso un ugello riscaldato e viene diretto e applicato a una velocità controllata per delineare e formare questi strati. Poiché questi strati si raffreddano e si solidificano così rapidamente e sono diretti con una precisione misurata in micron, è possibile creare parti mobili e articolate in un’unica stampa. Prodotti che altrimenti sarebbero difficili da produrre o costosi da prototipare sono semplici e veloci da creare e testare.
Le stampanti domestiche utilizzano per lo più plastica PLA o ABS come filamento. Alcune macchine sono in grado di utilizzare metalli e ceramiche, ma di solito non sono destinate all’uso domestico.
Acido polilattico (PLA): Stampa a 200 gradi Celsius, è biodegradabile con un basso rischio di fumi ed è a basso costo. Il PLA è il materiale più comunemente usato per le stampanti domestiche.
Acrilonitrile Butadiene Stirene (ABS): Stampa a 230°C, ha una durata maggiore rispetto al PLA, è duro e molto resistente. Lo svantaggio è che è a base di olio, richiede una ventilazione durante la stampa ed è meno ecologico. Anche l’ABS è comunemente utilizzato, ma più per le parti in cui è richiesta la durata.
Un altro aggiornamento disponibile anche sulle stampanti per uso domestico è la possibilità di stampare in più di un colore o tipo di materiale. Questi tipi di stampanti sono noti come dispositivi a doppio estrusore. Un altro tipo di materiale che può essere utilizzato insieme a quelli sopra elencati in un dispositivo a doppio estrusore è il polistirene ad alto impatto (HIPS). Questo materiale può essere stampato per sostenere una struttura che non ha uno strato solido, come una sporgenza o una mensola, e può essere poi dissolto al termine della stampa.
Processo di stampa
Design
Per iniziare, è necessario progettare o ottenere un modello 3D. Può creare il suo utilizzando siti web gratuiti come Tinkercad.Questo sito consente di creare forme sovrapponendo molte forme geometriche predefinite e comunemente utilizzate su una griglia 3D. Ogni forma può essere dimensionata o ruotata. I pezzi multipli possono essere messi insieme e raggruppati per formare forme più complesse e ogni forma può anche essere trasformata in un “buco” o in un “negativo” per rimuovere porzioni della forma per realizzare la forma pianificata. Alcune ore di tentativi ed errori renderanno più chiaro il concetto, e sul sito sono disponibili video di istruzioni e spiegazioni. I disegni possono essere salvati come file con estensione .obj o .stl.
Se non hai il tempo o la voglia di costruire il tuo file CAD, Internet e i siti web open source come Thingiverse possono avere un progetto pronto per te. Questo sito permette alle persone di condividere gratuitamente i loro progetti con il mondo. Una rapida ricerca di termini come “cuore” rivela oltre 5.000 modelli, con disegni che vanno da medaglioni a modelli completi di anatomia cardiaca.
Rendering del software
Dopo che il file CAD è stato progettato o scaricato, deve essere convertito dal software in una serie di fette sottili e connessioni geometriche per delineare il disegno. Anche se è possibile produrre una struttura solida, sarebbe pesante, richiederebbe molto tempo per essere stampata e richiederebbe molto materiale. Alcune stampanti avranno un software progettato per funzionare esclusivamente con loro, come Cube di 3D Systems, mentre altre si interfacceranno con un programma di terze parti. Uno di questi programmi è Slic3r. Slic3r convertirà il file .stl o .obj nel codice utilizzato dalla stampante per controllare il movimento dell’ugello nello spazio 3D e controllare la posizione e la quantità di materiale da far avanzare attraverso l’ugello. Questo insieme di istruzioni per la stampante si chiama G-code. Anche se sembra complesso, e lo è, questo processo è stato automatizzato per lei grazie al lavoro di progettisti di software, matematici e ingegneri, ed è di nuovo disponibile gratuitamente attraverso lo sviluppo di software open source. Sebbene il processo sia automatizzato dal software, l’utilizzo iniziale richiederà alcuni input da parte dell’utente, in modo che il software sappia come scrivere il codice per il suo sistema. Gli elementi comunemente richiesti da inserire sono le dimensioni del ‘letto’ (le dimensioni dell’area della stampante 3D), la temperatura (o almeno il tipo di materiale) che utilizzerà per la stampa, la densità del pezzo che desidera far stampare (spesso inserita in percentuale, con il 10-20% che è sufficiente per la maggior parte dei progetti), lo spessore degli strati (che influirà sulla velocità di stampa e sulla scorrevolezza del prodotto finale) e il tipo di ‘infill’ (la forma della parte interna, a bassa densità, del progetto). L'”infill” è meno importante per la maggior parte dei modelli e si riferisce alla forma interconnessa di quadrati o esagoni che vengono inseriti al posto della struttura solida del disegno e che consentono una minore densità di materiale.
Stampa di un file di codice G
Il file di codice G deve essere inviato alla stampante. Alcune stampanti hanno una porta per la scheda di memoria direttamente sulla scheda di controllo, che può essere utilizzata per caricare il file G-code; altre si collegano al computer tramite un cavo USB, e alcune si collegano anche tramite una connessione di rete locale o wireless. Le istruzioni del produttore della stampante la aiuteranno a effettuare questa connessione.
Sebbene esistano decine di produttori di stampanti 3D, alcuni con programmi di progettazione e interfaccia proprietari, l’opinione prevalente sulle stampanti 3D è che debbano essere economiche, ben supportate e accessibili. Per questo motivo, sono disponibili diversi programmi per semplificare i processi di cui sopra.
Repetier-Host e Cura sono due di questi programmi. Questi programmi hanno la capacità di importare un file CAD, tagliare il file, scrivere il codice G per la stampante, inviare il codice G direttamente alla stampante collegata e avviare e interrompere la stampa direttamente dal software.
Come iniziare?
Selezionare una stampante
Le stampanti introduttive sono disponibili a partire da circa 200-800 dollari; le differenze principali riguardano le dimensioni del letto di stampa, i tipi di materiale che possono essere utilizzati e il supporto del software e delle risorse della comunità. I prodotti di marca come MakerBot Replicator+ (2.499 dollari) hanno un prezzo superiore, ma sono facili da usare e ben progettati. Un prodotto come Anet A8 (170 dollari) può apparire con più nomi quando si cercano informazioni, rendendo più difficile l’assistenza, e deve essere assemblato completamente prima dell’uso (prevedere almeno 6-8 ore).
Risoluzione rapida dei problemi
Se la sua stampante ha problemi, due problemi comuni sono legati al livellamento del letto e all’avanzamento del filamento.
Livellamento del letto – Ogni stampante dovrebbe avere un modo per regolare l’altezza e il livello del letto di stampa. Questa regolazione può essere effettuata con una piccola chiave a mezzaluna o a brugola. Un letto di stampa regolato correttamente avrà l’ugello alla stessa altezza su tutta la superficie del letto di stampa e dovrebbe avere uno spazio pari solo allo spessore di un pezzo di carta.
Avanzamento del filamento – Quando la stampante inizia a stampare, dovrebbe creare un piccolo contorno di materiale per adescare l’ugello e prepararsi alla stampa. Se questo non avviene, il filamento potrebbe essere rotto o non in contatto con il meccanismo di avanzamento. Potrebbe essere necessaria una pressione manuale, o l’assistenza di un paio di pinze, per inserire il filamento nel meccanismo di avanzamento. Questa operazione può essere eseguita al meglio durante un ciclo di manutenzione o anche all’inizio della stampa
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