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L'industria della stampa 3D si è sorprendentemente sviluppata negli ultimi decenni e conta una serie di tecnologie diverse, in grado di soddisfare esigenze e aspettative diverse. La tecnologia FDM (fused deposition modeling), di cui ProtoReal è tra i service leader in Italia, è una delle tante disponibili.
Che cos'è esattamente la FDM e come può soddisfare le tue esigenze di stampa di modelli 3D? Continua a leggere per scoprirlo.
Indice dei contenuti:
La fabbricazione che impiega filamenti plasitici, nota anche come modellazione a deposizione fusa (FDM) è un processo di stampa 3D basato principalmente sull’estrusione di un filamento di materiale termoplastico.
Innanzitutto, il modello 3D da stampare deve essere disegnato con un software CAD. Il file viene poi suddiviso in numerosi strati, che diventano l’input per la stampante FDM.
I filamenti sono avvolti in un contenitore ermetico ed estrusi da una testina riscaldata, che spostandosi li fonde e li deposita su una piattaforma di stampa strato per strato.
Tipicamente, la testina di stampa si sposta in due dimensioni per creare un intero strato orizzontale, per poi essere di nuovo utilizzata una volta che la piattaforma si è spostata in altezza, per iniziare un nuovo strato.
Un punto di forza importante della tecnologia FDM è l’ampia gamma di materiali da utilizzare come i materiali termoplastici di base (come ABS e le sue varianti), i materiali tecnici (come PC, PC-ABS) e i termoplastici avanzati (come ULTEM). I materiali si differenziano per proprietà meccaniche, precisione di stampa e costo.
La produzione additiva crea parti attraverso la stratificazione del materiale, perciò è possibile che si verifichino alcune imprecisioni. La modalità secondo cui si formano gli strati influisce sulla qualità della superficie e sulla precisione di tutti gli strati, e quindi sulla qualità di stampa complessiva.
Gli strati vengono creati dalla stampante 3D FDM grazie alla deposizione del filamento fuso sul letto di stampa. La risoluzione delle parti create dipende dalla dimensione dell'ugello di estrusione e dalle cavità che vengono a crearsi nelle aree ricurve tra gli strati che talvolta causano poca adesione tra di essi.
I sistemi FDM più avanzati consentono di modificare diversi parametri di lavorazione. Questi includono la dimensione dello strato e la larghezza della deposizione.
Questi settaggi di solito vengono eseguite da operatori specializzati, quindi raramente è una preoccupazione dei progettisti. Le dimensioni e lo spessore della stampa 3D in fase di disegno sono tuttavia un problema. Parti di grandi dimensioni possono essere suddivise in parti più piccole che possono poi essere facilmente riassemblate.
La stampa FDM ha un vantaggio significativo nella produzione di parti riutilizzabili durevoli perché è in grado di stampare con polimeri termoplastici reali usati nello stampaggio ad iniezione. La stampa 3D dell' ULTEM 9085, ad esempio, consente di ottenere componenti leggeri con una resistenza di alto livello.
Le stampanti FDM utilizzano materiali termoplastici sotto forma di filamenti. I materiali di base sono a basso costo, quindi anche i filamenti sono relativamente economici e disponibili a prezzi competitivi in tutto il mondo. Un chilogrammo di filamento varia drasticamente dal tipo di stampante 3D in cui è impiegato e dal tipo di materiale.
La stampa 3D di modelli con la tecnologia FDM è efficiente per i pezzi di grandi dimensioni. Per i piccoli dettagli, la precisione può essere limitata e talvolta i risultati possono variare.
Anche la scelta del macchinario di stampa 3D è una questione essenziale, perché la precisione dipende dalle impostazioni di calibrazione e di suddivisione degli strati.
Una stampante FDM produce una superficie ruvida con strati facilmente visibili perché lo strato ha un'altezza che parte dai 10 centesimi di millimetro. L'altezza dello strato può essere regolata tipicamente tra 120 e 330 micron.
La FDM utilizza una densità molto inferiore rispetto ad altre tecniche di stampa 3D, il che significa che può essere utilizzato per parti con pochissimi dettagli. Le parti di solito possono avere strati visibili e richiedono una lavorazione per una finitura della superficie ottimale. Inoltre le proprietà meccaniche del manufatto finale dipendono molto dalla direzione della sollecitazione in quanto l'aderenza tra gli strati rende il pezzo intrinsecamente anisotropo.
I materiali per la stampa 3D FDM sono economici. Questa tecnologia consente la creazione prodotti precisi e di alta qualità. La stampa di componenti 3D con materiali FDM è utile per diversi settori, da quello medico a quello aerospaziale e automobilistico.
La FDM è un metodo economico che permette di realizzare parti termoplastiche e prototipi. I tempi di consegna sono relativamente brevi grazie alla velocità dei processi. Esistono diversi materiali che possono essere utilizzati per la prototipazione e le applicazioni funzionali.
Mentre le stampanti 3D FFF hobbistiche sono note per il loro basso costo. Tuttavia, queste stampanti FDM sono spesso meno affidabili e spesso richiedono competenze specializzate per un funzionamento continuo per lungo tempo. Le stampanti FDM industriali hanno costi variabili tra i 100.000 e 300.000 Euro e sono la soluzione nel caso di esigenze professionali.
Il flusso di lavoro per la stampa 3D FDM comprende tre fasi: progettazione, stampa 3D e post-produzione. Si utilizza un software CAD o gli strumenti di scansione 3D per creare modelli, per poi esportarli in un formato di file per la stampa in 3D (normalmente, in formato STL).
La stampa 3D richiede quindi un software per creare i modelli di stampa e dividerli in strati che possano essere stampanti. A differenza di una stampante 3D FDM industriale, una macchina da stampa 3D economica richiede ore di test per impostare le giuste impostazioni di stampa a risoluzioni variabili.
Al termine della stampa è necessario rimuovere i supporti creati per dare forma agli oggetti. I supporti possono essere fatti di materiali solubili o insolubili. Nel primo caso, è sufficiente immergere l’oggetto nella soluzione adatta. Nel secondo, il materiale può essere spezzato a mano o tagliato, facendo attenzione a non danneggiare il pezzo finale.
Le componenti stampate in 3D FDM possono essere rifiniti in modo estremamente preciso utilizzando varie tecniche di post-produzione come sabbiatura/lucidatura, verniciatura/saldatura a freddo.
Bisogna comunque considerare che questi processi richiedono tempo e conoscenza delle tecniche. Pertanto, si dovrebbe valutare il supporto di esperti in stampa 3D per stampare parti che richiedono caratteristiche precise e prestazioni di qualità elevata.
Come abbiamo visto, la stampa 3D a modellazione a deposizione fusa crea modelli attraverso la sovrapposizione di filamenti fusi. Tra gli aspetti negativi, vi è una minore definizione di stampa rispetto a quella offerta da altri tipi di stampa 3D.
Ad ogni modo, i materiali disponibili e la relativa semplicità del processo di produzione contribuiscono alla scelta di questa tecnologia. Alcuni materiali possiedono caratteristiche meccaniche e/o chimiche estremamente interessanti (consulta la nostra guida per saperne di più). Dunque, la FDM è adatta ad applicazioni in settori che richiedono stampe su larga scala e alte prestazioni, ma anche alla prototipazione veloce.
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