Scopriamo il processo che parte dalla comprensione del funzionamento di una stampante 3d fino alla stampa concreta di un file. Speech di Lorenzo Cantini, founder di Kentstrapper, al Creativity Day di Roma 2015

1. Il mondo del 3 D
A cura di Lorenzo Cantini

3. Le stampanti 3DLe stampanti 3D
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Macchina in grado di riprodurre con buona precisione un oggetto fisico a partire da un suoMacchina in grado di riprodurre con buona precisione un oggetto fisico a partire da un suo
modello tridimensionalemodello tridimensionale
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Esistono 3 principali tipologie di stampa 3D. Le loro differenze principali riguardano il modoEsistono 3 principali tipologie di stampa 3D. Le loro differenze principali riguardano il modo
in cui sono costruiti gli strati per creare le parti.in cui sono costruiti gli strati per creare le parti.
1) Solidificazione di blocchi di resina o di un polimero liquido fotosensibile attraverso l’uso di1) Solidificazione di blocchi di resina o di un polimero liquido fotosensibile attraverso l’uso di
un fascio di luce UV (SLA e DLP)un fascio di luce UV (SLA e DLP)
2) A sinterizzazione mediante l’uso di polveri agglomerate attraverso l’uso di particolari2) A sinterizzazione mediante l’uso di polveri agglomerate attraverso l’uso di particolari
inchiostri addensanti o attraverso l’uso di un fascio laser (SLS, PP, SLM e EBM)inchiostri addensanti o attraverso l’uso di un fascio laser (SLS, PP, SLM e EBM)
3) A deposito additivo di materiale, generalmente plastico, termo fuso (FDM o FFF)3) A deposito additivo di materiale, generalmente plastico, termo fuso (FDM o FFF)

4. SLA e DLPSLA e DLP
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SLASLA (steriolitography) utilizza un processo di fotopolimerizzazione mediante fascio laser per(steriolitography) utilizza un processo di fotopolimerizzazione mediante fascio laser per
solidificare una resina liquida. I principali limiti sono determinati dalla scarsa reperibilità,solidificare una resina liquida. I principali limiti sono determinati dalla scarsa reperibilità,
potenziale tossicità e costo elevato delle resine fotosensibili, dalla scarsa resistenzapotenziale tossicità e costo elevato delle resine fotosensibili, dalla scarsa resistenza
meccanica dei prototipi.meccanica dei prototipi.
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DLPDLP ((digital light processingdigital light processing), una vasca di polimero liquido è esposto alla luce di un), una vasca di polimero liquido è esposto alla luce di un
proiettore DLP in condizioni di luce inattinica. Il polimero liquido esposto si indurisce. Laproiettore DLP in condizioni di luce inattinica. Il polimero liquido esposto si indurisce. La
piastra di costruzione poi si muove in basso in piccoli incrementi e il polimero liquido è dipiastra di costruzione poi si muove in basso in piccoli incrementi e il polimero liquido è di
nuovo esposto alla luce. Il processo si ripete finché il modello non è costruito. Il polimeronuovo esposto alla luce. Il processo si ripete finché il modello non è costruito. Il polimero
liquido è poi drenato dalla vasca, lasciando il modello solido.liquido è poi drenato dalla vasca, lasciando il modello solido.

5. SLS e DMLSSLS e DMLS
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SLSSLS Ho una fusione selettiva di un mezzo stampato in un letto granulare. In questaHo una fusione selettiva di un mezzo stampato in un letto granulare. In questa
variazione, il mezzo non fuso serve a sostenere le sporgenze e le pareti sottili nella partevariazione, il mezzo non fuso serve a sostenere le sporgenze e le pareti sottili nella parte
che viene prodotta, riducendo il bisogno di supporti ausiliari temporanei per il pezzo dache viene prodotta, riducendo il bisogno di supporti ausiliari temporanei per il pezzo da
lavorare. Normalmente si usa un laser per sinterizzare il mezzo e formare il solido. Esempi dilavorare. Normalmente si usa un laser per sinterizzare il mezzo e formare il solido. Esempi di
questa tecnica sono l'SLS (questa tecnica sono l'SLS (selective laser sinteringselective laser sintering) e il DMLS () e il DMLS (direct metal laser sinteringdirect metal laser sintering),),
che usano metalli.che usano metalli.

6. PPPP
• PPPP (Plaster-based 3D Printing )Un metodo di stampa 3D che consiste in un sistema di stampa a(Plaster-based 3D Printing )Un metodo di stampa 3D che consiste in un sistema di stampa a
getto d'inchiostro. La stampante crea il modello uno strato alla volta, spargendo uno strato digetto d'inchiostro. La stampante crea il modello uno strato alla volta, spargendo uno strato di
polvere (gesso o resine) e stampando con il getto d'inchiostro un legante nella sezionepolvere (gesso o resine) e stampando con il getto d'inchiostro un legante nella sezione
trasversale della parte. Il processo viene ripetuto finché non è stampato ogni strato. Questatrasversale della parte. Il processo viene ripetuto finché non è stampato ogni strato. Questa
tecnologia è l'unica che consente la stampa di prototipi interamente a colori. Questo metodotecnologia è l'unica che consente la stampa di prototipi interamente a colori. Questo metodo
permettea nche di realizzare sporgenze. È inoltre riconosciuto come il metodo più veloce mapermettea nche di realizzare sporgenze. È inoltre riconosciuto come il metodo più veloce ma
la scarsa resistenza meccanica e l’aspetto poroso delle superfici dei modelli creatila scarsa resistenza meccanica e l’aspetto poroso delle superfici dei modelli creati
rappresentano purtroppo i limiti di questa tecnicarappresentano purtroppo i limiti di questa tecnica

7. SLM e EBMSLM e EBM
• SLMSLM (Selective Laser Melting): quest tecnica fonde totalmente il materiale in modo selettivo,(Selective Laser Melting): quest tecnica fonde totalmente il materiale in modo selettivo,
utilizzando un laser ad alta energia. Il vantaggio è che le proprietà meccaniche e fisicheutilizzando un laser ad alta energia. Il vantaggio è che le proprietà meccaniche e fisiche
dell’oggetto sono praticamente identiche a quelle di un modello ottenuto per fusionedell’oggetto sono praticamente identiche a quelle di un modello ottenuto per fusione
tradizionale, senza le criticità (es. fragilità) tipiche dei materiali sinterizzatitradizionale, senza le criticità (es. fragilità) tipiche dei materiali sinterizzati
• EBMEBM (Electron beam melting):(Electron beam melting): ovvero Fusione a Fascio di Elettroni, è una tecnologia medianteovvero Fusione a Fascio di Elettroni, è una tecnologia mediante
la quale una sorgente di elevata energia, composta da un fascio opportunamente concentratola quale una sorgente di elevata energia, composta da un fascio opportunamente concentrato
e accelerato di elettroni, colpisce un materiale in forma “micro granulometrica”e accelerato di elettroni, colpisce un materiale in forma “micro granulometrica”
provocandone la fusione completa (nel nostro caso saranno i metalli come titanio o alluminio).provocandone la fusione completa (nel nostro caso saranno i metalli come titanio o alluminio).
Il processo di produzione è completamente sottovuotoIl processo di produzione è completamente sottovuoto

8. FDMFDM
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FDMFDM:: La modellazione a deposizione fusa (La modellazione a deposizione fusa (fused deposition modelingfused deposition modeling, FDM) è una tecnologia, FDM) è una tecnologia
sviluppata dalla Stratasyssviluppata dalla Stratasys che si adopera nella prototipazione rapida tradizionale, usando unche si adopera nella prototipazione rapida tradizionale, usando un
ugello per depositare un polimero fuso su una struttura di supporto, strato dopo strato. Nelugello per depositare un polimero fuso su una struttura di supporto, strato dopo strato. Nel
2008 in seguito alla scadenza del brevetto, tale tecnologia è stata ripresa per poi dare vita2008 in seguito alla scadenza del brevetto, tale tecnologia è stata ripresa per poi dare vita
ad un progetto open source per la realizzazione di stampanti 3D a basso costoad un progetto open source per la realizzazione di stampanti 3D a basso costo

9. PROGETTO REPRAPPROGETTO REPRAP

10. Come funzionaCome funziona

11. Per usare una stampante 3DPer usare una stampante 3D
occorre partire da un modellooccorre partire da un modello
tridimensionale dell’oggettotridimensionale dell’oggetto
che si vuole realizzare…che si vuole realizzare…
…Ma se non sono capace…Ma se non sono capace
di modellare con un CAD 3,di modellare con un CAD 3,
allora non posso usare unaallora non posso usare una
stampante 3D ??stampante 3D ??

12. Cataloghi online modelli 3DCataloghi online modelli 3D

13. E’ CONSIGLIABILEE’ CONSIGLIABILE
CONTROLLARE SECONTROLLARE SE
UN MODELLOUN MODELLO
E’ CORRETTO PER LAE’ CORRETTO PER LA
STAMPANTE 3D…STAMPANTE 3D…

14. 1) Assicuratevi che il modello non presenti soluzioni di continuità!
Quando realizzate un modello di un rendering statico di solito è molto più facile costruire
il vostro modello componendolo di decine o centinaia di pezzi separati.
Nel nostro caso il modello dovrà essere costituito da una sola maglia senza soluzione di
continuità. Occorre iniziare la fusione di vertici e spigoli fino a quando non si ottiene una
solida rete contigua.
2) Svuota il modello 3D per contenere i costi di stampa.
Seleziona le facce sulla superficie del modello ed estrudiamole verso l’interno lungo la
normale alla superficie. Assicuratevi che non vi sia nessuna geometria sovrapposta
generata dall’estrusione. Il modello 3D dovrebbe ora avere un “guscio interno” e un
“guscio esterno”. La distanza tra questi gusci sarà lo spessore della parete del modello.
Creare un’apertura nella parte inferiore del modello 3D in modo che eventuale materiale
“di supporto” possa essere facilmente rimosso.
Regole da seguireRegole da seguire

15. Regole da seguireRegole da seguire
3) Eliminate le geometrie “Non-Manifold”
Ovvero “qualsiasi bordo condiviso da più di due facce”.
Questo problema può verificarsi, ad esempio, quando una faccia o un bordo viene
estruso ma non riposizionato, il risultato è essenzialmente che due pezzi identici di
geometria si troveranno “sovrapposti”.
L’estrusione è infatti registrata dalla maggior parte dei software come due comandi
L’estrusione è infatti registrata dalla maggior parte dei software come due comandi
separati: L’estrusione in se e il riposizionamento della faccia o bordo.
4) Controllare le “normali” della superficie
La “normale” di una superficie è il vettore di direzione perpendicolare alla stessa
superficie in un modello 3D. Ogni faccia ha la sua normale, e questo vettore dovrebbe
essere rivolto verso l’esterno. In un modello realizzato correttamente tutte le normali
delle facce dovrebbero puntare verso l’esterno. Esiste un comando “inverti normali” che
serve proprio a questo scopo

16. MaterialiMateriali
PLA (acido polilattico) un polimero derivato da piante come il mais, il grano o la barbabietola,
ricche di zucchero naturale (destrosio).
La temperatura di estrusione può variare da 180° C a 220°C; Durante il processo produce un
odore
zuccherino, non tossico.
Le parti che si ottengono dal PLA sono più rigide rispetto a quelle dell’ABS che invece sono più
flessibili ed hanno una finitura leggermente lucida; sono meno soggette alla deformazione e
tendono minormente a distaccarsi dal piano di stampa
Le parti stampate in PLA iniziano ad ammorbidirsi intorno a 80°Le parti stampate in PLA iniziano
ad ammorbidirsi intorno a 80°
ABS (acrilonitrile-butadiene-stirene) è una termoplastica derivata dal petrolio.
Durante l’estrusione produce un leggero odore di plastica bruciata e può produrre fumi tossici a
temperature elevate. E’ quindi raccomandabile avere una buona ventilazione;
La temperatura di estrusione può variare tra 240 e 260 gradi Celsius;
Le parti stampate in ABS sono meno fragili delle parti in PLA; ma tendono a deformarsi piu’
facilmente; in quanto non aderiscono al piano di stampa se non adottando particolari
accorgimenti, come ad esempio il piano riscaldato.
In generale, le parti stampate con ABS hanno una finitura più lucida rispetto alle parti PLA; e
cominciano ad ammorbidirsi a circa 100 ° C ;

17. MaterialiMateriali
PC (Policarbonato )polimero termoplastico dotato di buona resistenza termica e agli urti. A
differenza del Plexi-glass, con il quale è spesso confuso, può essere piegato e formato anche a
freddo, senza manifestare screpolature o particolari deformazioni. La temperatura di transizione
vetrosa è di 150°C ma in genere i produttori di Policarbonato in filamento consigliano temperature
di estrusione superiori a 260°C. A 300°C, invece, si manifesta la fusione. Il Policarbonato si
deforma molto facilmente ed in maniera maggiore rispetto all’ABS ed al PLA quindi è
assolutamente sconsigliata l’estrusione in assenza di un piatto riscaldato.
PVA (alcol polivinilico )è un composto chimico ottenuto per idrolisi, normalmente alcalina, degli
esteri polivinilici. Si dissolve totalmente e rapidamente in acqua, anche fredda e questa proprietà
lo rende particolarmente adatto come di materiale di supporto. La temperatura di transizione
vetrosa del PVA è attorno agli 85°C ma dipende dal grado di idrolisi del polimero. A temperature
superiori ai 200°C subisce la piroscissione, decomponendosi (vi sono produttori che indicano
temperature di estrusione attorno ai 200-220 °C, in tal caso è meglio affidarsi alla temperatura
certificata dal produttore poichè, spesso, i materiali sono tagliati con altri termoplastici per
conferire proprietà meccaniche maggiori).
PET (Polietilene tereftalato): è una resina termoplastica trasparente, compatibile con il PLA e
simile ad esso a livello di proprietà meccaniche. La temperatura di transizione vetrosa è di circa
60°C mentre la temperatura di estrusione è di circa 210°C.

18. MaterialiMateriali
Nylon: con il termine nylon si indica una famiglia particolare di poliammidi alifatiche sintetiche.
Molto economico e facilmente reperibile sul mercato, in vari colori, a differenza del PLA e
dell’ABS, è molto meno fragile e quindi più resistente. Gode di proprietà autolubrificanti, il che lo
rende particolarmente performante per stampe di ingranaggi. Tra gli aspetti negativi possiamo
evidenziare il fatto che si deforma molto di più rispetto all’ABS, quindi necessita del piano
riscaldato, inoltre un riempimento eccessivo potrebbe causare dei problemi poichè il nylon è un
materiale estremamente fibroso. In aggiunta, bisogna assicurarsi che sia ben asciutto prima della
stampa. La temperatura di estrusione si attesta attorno ai 220-250°C, anche in questo caso il
consiglio è di attenersi alle specifiche segnalate dal produttore.
Flex: è un materiale simil-gomma, elastico, flessibile ed estremamente resistente all’abrasione. La
temperatura di estrusione consigliata dal produttore è di 210-230 °C, il piatto riscaldato non è
necessario ma in alcuni casi può essere settato a temperature relativamente basse

19. MaterialiMateriali
Laybrick: é una miscela di gesso macinato e copoliestere e gli oggetti stampati con questo
materiale risultano più simili a materiali lapidei che a materiali plastici. Questa caratteristica li
rende particolarmente idonei per plastici e modelli di architettura. Si tratta di un materiale che
deforma poco e quindi non è necessaria la presenza del piatto riscaldato, la temperatura di
estrusione varia da 170-210 °C e si possono ottenere superfici sia molto levigate che ruvide. Non è
un materiale molto economico.
Laywood: è una miscela di fibre di legno e un termoplimero di caratteristiche simili al PLA e
quindi deforma pochissimo, non necessita di un piano riscaldato e può essere estruso aquindi
deforma pochissimo, non necessita di un piano riscaldato e può essere estruso a
temperature che oscillano dai 180-250 °C. L’oggetto sarà, esteticamente, simile ad un oggetto di
legno ed in funzione della temperatura è possibile ottenere diverse gradazioni di marrone, anche
all’interno dello stesso oggetto, in modo da ricreare il pattern tipico del legno.

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