Introduzione alla stampa 3D

Cos'è la stampa 3D FDM?

La modellazione a deposizione fusa (FDM) è la forma di stampa 3D più diffusa nelle abitazioni di tutto il mondo. Questo processo prevede l'estrusione di materiale termoplastico fuso strato dopo strato, permettendo a ogni strato di raffreddarsi e solidificarsi prima di aggiungere il successivo.

L'FDM è un metodo di produzione additiva, opposto ai processi sottrattivi come la fresatura CNC. Invece di asportare materiale da un blocco solido, l'FDM utilizza solo il materiale necessario per il pezzo stesso, fatta eccezione per le strutture di supporto utilizzate per i volumi sporgenti. Questi supporti vengono rimossi e scartati dopo la stampa.

L'unicità della stampa FDM risiede principalmente in tre aree chiave: il materiale utilizzato, il software di slicing che converte i modelli 3D in istruzioni G-code e il sistema di estrusione. Altri componenti come motori e schede di controllo non sono esclusivi dell'FDM e sono comuni a molti metodi di fabbricazione digitale.

Vantaggi della stampa FDM

La stampa FDM è considerata uno dei metodi di stampa 3D più economici e accessibili. Rispetto ad altre tecnologie, come la stampa SLA o a resina, sia le macchine sia i materiali risultano più convenienti. Sebbene i prezzi delle stampanti a resina siano diminuiti negli ultimi anni, generalmente offrono volumi di costruzione più piccoli, consumabili più costosi e sono in genere meno user friendly.

La varietà di materiali disponibile per l'FDM è ampia. Le opzioni includono filamenti flessibili, miscele con fibra di carbonio, nylon, policarbonato, materiali resistenti ai raggi UV e alle intemperie. Sono disponibili anche molti materiali ad alta temperatura, sebbene spesso richiedano ambienti chiusi e riscaldati attivamente. Con centinaia di tipi di filamento sul mercato—ognuno con caratteristiche uniche come resistenza, flessibilità e resistenza termica—è possibile trovare un materiale adatto a quasi qualsiasi applicazione, purché la stampante sia dotata di un estrusore e di un hotend compatibili.

Rispetto ai processi di stampa a base di resina, l'FDM è anche molto più pulito e facile da usare. Evita la manipolazione di sostanze chimiche tossiche e generalmente richiede meno post-elaborazione. Questo rende l'FDM un'opzione più adatta ai principianti e migliore per l'uso informale o domestico.

Comprendere il movimento degli assi nella stampa FDM

Nella stampa 3D FDM, l'orientamento degli assi può risultare poco familiare a chi ha esperienza in geometria o meccanica generale. L'asse X muove l'utensile da sinistra a destra, l'asse Y lo muove avanti e indietro e l'asse Z controlla il movimento verticale. Anche se può sembrare controintuitivo, questa convenzione di denominazione è standard nella comunità della stampa 3D.

Le configurazioni di assi più comuni si basano su design cartesiani e CoreXY. Le stampanti cartesiane funzionano con ogni asse controllato indipendentemente dal proprio motore passo-passo. Tipicamente, il piano di costruzione si muove nella direzione Y, mentre l'hotend si muove nella direzione X. L'intero carrello si muove nella direzione Z. Queste stampanti sono spesso chiamate “bed slinger”.

Vista dall'alto di una stampante "bed slinger"

Alcune macchine, come la serie Ender 5, usano il movimento dei motori in stile cartesiano ma hanno un piano di costruzione che si muove verticalmente. Queste sono spesso raggruppate con le stampanti “in stile portale” per semplicità. In generale, le stampanti in cui il piano si muove verticalmente lungo l'asse Z sono considerate di tipo portale, mentre quelle in cui il piano si muove avanti e indietro lungo l'asse Y sono considerate in stile cartesiano o, più colloquialmente, “bed slinger”.

Le macchine CoreXY si differenziano perché gli assi X e Y sono sincronizzati tramite un sistema di cinghie guidato da due motori passo-passo. Questo consente movimenti più fluidi, riduce il wobble sull'asse Z e migliora la stabilità—soprattutto durante la stampa ad alta velocità. Le stampanti CoreXY stanno guadagnando popolarità grazie a questi vantaggi e si trovano ora in modelli come le serie Bambu Lab X1 e P1.

Stampanti come la A1 e la A1 Mini continuano a utilizzare configurazioni in stile cartesiano e sono note come "bed slinger".

Le stampanti Delta operano su un principio completamente diverso, utilizzando tre bracci disposti a triangolo per posizionare l'estrusore sopra il piano di stampa. Pur potendo offrire stampa ad alta velocità e ottima qualità, richiedono telai più alti e sono meno compatte rispetto alle alternative cartesiane o CoreXY. Queste macchine sono molto meno usate a causa dei requisiti di spazio e configurazione, ma sono in grado di ottenere risultati eccellenti.

Tipi di estrusore: Direct vs. Bowden

Le stampanti FDM utilizzano uno dei due tipi di estrusore: direct drive o Bowden. Un estrusore direct drive alimenta il filamento direttamente nell'hotend da un motore montato sulla testina di stampa. Al contrario, un estrusore Bowden utilizza un motore remoto per spingere il filamento attraverso un tubo in PTFE fino all'hotend.

I sistemi Bowden riducono il peso della testina di stampa, consentendo movimenti più veloci. Tuttavia, possono avere difficoltà con materiali come il TPU (filamento flessibile) e spesso richiedono una messa a punto precisa delle impostazioni di retrazione per evitare la formazione di stringhe. Gli estrusori diretti offrono maggiore precisione, un uso più semplice con materiali flessibili e generalmente un controllo dell'estrusione migliore.

I recenti progressi del settore, come la compensazione delle vibrazioni, hanno ridotto l'importanza dello svantaggio del peso nei sistemi direct drive. Di conseguenza, sempre più produttori offrono ora modelli accessibili con configurazioni direct drive e le configurazioni Bowden stanno diventando meno comuni.

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