Corso Stampa 3D Base - MUST

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CORSO STAMPA 3D BASE

•  Introduzione alla stampa 3D
•  Classificazione delle stampanti
•  Modelli professionali e modelli consumer
•  Le basi del CAD con TinkerCad
•  Programmi CAD : OpenSCAD
•  Portiamo il CAD sulla stampante (slicer)
•  STL, questo sconosciuto
•  Altri prototipatori rapidi 3d (makerware, altri)
INDICE DEGLI ARGOMENTI

Introduzione alla stampa 3D
1.  Introduzione: Cos’è una stampante 3D
2.  Cosa significa stampare in 3D
3.  Cosa serve per stampare in 3D
Classificazione delle stampanti
1.  Macchine CNC a fresa
2.  Stampanti ad Estrusione Termoplastica
3.  Stampanti a stereolitografia
4.  Altre Stampanti (deposito, fotopolimeri, carta, gesso)
Modelli professionali e modelli consumer
1.  Differenza tecnica nei modelli consumer e tra consumer e professionali
2.  Stratasys, 3D Systems
3.  Costi
DETTAGLIO ARGOMENTI [1/2]

Le basi del CAD con Tinkercad
1.  Introduzione: cos’è il CAD
2.  Tinkercad, fai il tuo oggetto con semplicità
3.  Esportazione, importazione, estrusione … funzioni base, facciamo una molletta.
Programmi CAD: SketchUp, OpenSCAD, Blend
1.  Differenze, potenzialità e limiti di ogni programma
2.  Progetti professionali con OpenSCAD
Portiamo il CAD sulla stampante (slicer)
1.  Convertiamo un STL in GCODE con slicer
2.  Configurazione ed opzioni.
STL, questo sconosciuto
1.  Il formato StereoLitoGrafico Universale.
2.  Programmi per verificare gli STL.
Altri prototipatori rapidi 3D (makerware, altri)
1.  Makerware, altri sw, pregi e difetti.
DETTAGLIO ARGOMENTI [2/2]

•  Cos’è una stampante 3D
–  Macchina automatica
•  Additiva
•  Sottrattiva
•  Cosa significa stampare in 3D
•  Cosa serve per stampare in 3D
INTRODUZIONE ALLA STAMPA 3D

PRODUZIONE ADDITIVA: forma di produzione che avviene con il deposito di
materiale attraverso strati successivi.
PRODUZIONE SOTTRATTIVA: forma di produzione che avviene con l’eliminazione
del materiale, a partire da un blocco, dove “non serve” attraverso utensili (es. frese).
Esistono varie tecniche di stampa 3D, le loro differenze principali riguardano il modo in cui
sono costruiti gli strati per creare gli oggetti:
•  Sistemi che ammorbidiscono o fondono il materiale prima di depositarlo;
•  Sistemi che depositano il materiale in polvere e successivamente lo solidificano;
•  Sistemi che, a partire da lamine, sagomano gli strati per il successivo assemblaggio.
TIPI DI PRODUZIONE E DI STAMPA

–  Disegnare un percorso
•  Lo strumento si muoverà seguendo il percorso estrudendo o
erodendo il materiale per dare la forma al nostro oggetto

–  Comprendere il funzionamento delle macchine
•  Tecnologia
–  Limiti
–  Materiali
–  Un pizzico di fisica
–  Imparare a disegnare in 3D
–  Scegliere correttamente le dotazioni tecnologiche

•  Open Source vs Commercial

•  Il problema della messa in stampa a seconda della tecnologia

FDM - fused deposition modeling
La FDM utilizza il principio additivo, attraverso il quale, un estrusore composto da un
motore passo-passo srotola il filo plastico utilizzato per la stampa e una termocoppia
presente nell’ugello lo fonde, depositando strato dopo strato il materiale fuso.
SLS - selective laser sintering
Durante il processo un raggio laser si muove attraverso il letto di polvere, rilasciando alta
energia sotto forma di calore, che fonde il materiale e genera uno strato iniziale di un oggetto
tridimensionale. Le parti sono costruite in modo additivo strato dopo strato e il materiale
non fuso è utilizzato come sostegno per l’oggetto. Al termine della lavorazione il materiale
non fuso può essere utilizzato per nuove lavorazioni.
TECNICHE DI STAMPA [1/2]

DMLS – direct metal laser sintering
Il principio è simile a quello della SLS ma il materiale granulare utilizzato sono polveri di
metallo. Con questa tecnica è possibile costruire oggetti metallici.
DLP - digital light processing
Nella DLP una vasca di polimero liquido è esposto alla luce di un proiettore DLP, il
polimero liquido esposto si indurisce.
La piastra 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 polimero liquido è poi drenato dalla vasca, lasciando il modello solido.
TECNICHE DI STAMPA [2/2]

•  Macchine CNC a fresa
•  Stampanti ad Estrusione Termoplastica
•  Stampanti a stereolitografia
•  Altre Stampanti (deposito, fotopolimeri, carta, gesso)
CLASSIFICAZIONE STAMPANTI

–  Tecnologia Sottrattiva
•  Macchine per Targhe
•  Macchine per Marmo
•  Esempio modifica 3DRAG

–  Tecnologia Additiva
•  Fisica dell’estrusione (velocità e diametro ugello)
•  Layer e Spiraloidi
•  Meccanica delle macchine, tipologie

FUNZIONAMENTO DI UNA STAMPANTE

–  Meccanica e Funzionamento
•  Polimeri Liquidi
•  Laser
•  Definizione

–  Stampante 3D a carta
–  Stampante a gesso
–  Stampante InkJet

Analizzando le sole stampanti 3D, in tecnologia FDM, le
componenti fondamentali di una sono:
•  Meccanica
•  Estrusore
•  Piatto di Stampa
•  Camera di Stampa
•  Elettronica
•  Filamenti
COMPONENTI STAMPANTE 3D

•  Differenza tecnica nei modelli consumer e tra consumer
e professionali
•  Stratasys, 3D Systems
•  Costi
HOME E PROFESSIONAL

e professionali
–  Meccanica di precisione
•  Bronzine
•  Cuscinetti a ricircolo di sfere
•  Serraggi a costrizione
•  Durezza in flessione delle barre / vibrazioni
•  Costi
HOME E PROFESSIONAL

e professionali
–  3DRAG
–  ShareBot
–  MakerBot
–  Stratasys
•  Costi
HOME E PROFESSIONAL

e professionali
–  Funzionamento delle stampanti FDM Professionali
•  Accorgimenti tecnici
•  Camera Chiusa
•  Materiali e cartucce
•  Costi
HOME E PROFESSIONAL

e professionali
•  Costi
–  http://www.additive3d.com/3dpr_cht.htm
HOME E PROFESSIONAL

•  Sprinter
•  Teacup
•  Sjfw
•  Marlin
•  Sailfish
•  Makerbot
•  Grbl
•  Repetier-Firmware
•  Aprinter
•  RepRap Firmware
•  ImpPro3D
•  12 Smoothie
FIRMWARE

ABS è una sigla che sta per acrilonitrile-butadiene-stirene. È un polimero
termoplastico derivato dal petrolio utilizzato industrialmente per produrre
oggetti leggeri e resistenti; si deforma facilmente e tende a ritirarsi, fonde tra i
220 e i 230°C.
Il PLA o Acido Polilattico, con cui sono fatti per esempio i tappi delle
bottiglie d'acqua, richiede invece temperature inferiori e si deforma di meno
rispetto all'ABS (tra i 200 e i 210°C). È ricavato da amido e canna da
zucchero e recentemente tende a essere preferito all'ABS perche è
disponibile in molti colori, ha meno problemi in fase di stampa e produce
oggetti rigidi e resistenti.
MATERIALI [1/2]

Con il Crystal Flex traslucido (butadiene modificato) si realizzano oggetti
trasparenti, flessibili, con un'alta resistenza all'impatto. Il butadiene può essere
messo a contatto con gli alimenti, infatti, è di solito impiegato, nell'industria
per produrre bottiglie e contenitori. La temperatura di estrusione è tra i 210 e
i 240°C.
Il PET o PoliEtilene Terephtalato è un materiale cristallino e trasparente. Ha
caratteristiche simili al butadiene, oltre a essere anche molto leggero.
Il Polyvinyl Alcohol è una plasica speciale usata ad una temperatura di circa
190°C, è solubile in acqua, e può essere utilizzata per stampare materiali di
supporto. Il PVA assorbe l'acqua come una spugna, aspetto che lo rende
particolaRmente difficile da usare in ambienti umidi.
MATERIALI [2/2]

•  PC
•  PC-ABS
•  ULTEM
•  GOMMA
•  NYLON
•  PLA EFFETTO LEGNO
•  PLA EFFETTO GESSO
•  ELETTROCONDUTTIVO
MATERIALI SPECIALI

Modellazione 3D: indica un processo atto a definire una qualsiasi forma
tridimensionale in uno spazio virtuale generata su computer; questi oggetti,
chiamati modelli 3D vengono realizzati utilizzando particolari programmi
software chiamati in generale software 3D.

A oggi è possibile modellare un oggetto tramite 2 strumenti:
•  Software
•  Scansione.
CAD: MODELLAZIONE 3D

Autodesk Maya
Storico programma per quanto riguarda la modellazione 3D, offre funzioni per la computer
animation 3D, la modellazione, la simulazione, il rendering e il compositing su una
piattaforma di produzione facilmente ampliabile.
Dedicato ad un’utenza decisamente professionale!
Blender
Software Open Source per la modellazione, il rendering e l’animazione 3d. È in grado di
importare ed esportare files in vari formati, tra cui .obj e .stl, le estensioni più comuni che si
trovano sul web.
CAD: PROGRAMMI [1/4]

MeshLab
Software Open Source che permette la creazione e la modifica di oggetti tridimensionali
(mesh). È in grado di aprire file in numerosi formati (PLY, STL, OFF, OBJ, 3DS,
COLLADA, PTX, V3D, PTS, APTS, XYZ, GTS, TRI, ASC, X3D, X3DV, VRML, ALN);
consente inoltre di visualizzare (in formato PLY o OBJ) le nuvole di punti ottenuti da una
serie di foto.
Autodesk 123D Catch
Software SFM (Structure From Motion) in grado di creare modelli tridimensionali
elaborando una serie di fotografie di un oggetto, prese da diverse angolazioni.
È possibile utilizzare il software online, senza installazione, ma solo usando Google Chrome
come browser e registrandosi sul sito della Autodesk.


Autodesk 123D Design
Della stessa famiglia di 123D Catch, questo programma serve alla modellazione digitale degli
oggetti tridimensionali. Tramite il sito è inoltre possibile richiedere la stampa tridimensionale
degli oggetti modellati.
3Ds Max
Software con licenza proprietaria per la modellazione, l’animazione ed il rendering 3d
prodotto e commercializzato da Autodesk.
SolidWorks
Software con licenza proprietaria prodotto dalla Dassault Systèmes SolidWorks Corporation,
è dedicato appositamente alla progettazione e alla produzione di apparati meccanici.


Google SketchUp
SketchUp offre un'interfaccia molto intuitiva e la grafica rende l'applicazione leggera e
piacevole. L’aspetto semplice non deve però trarre in inganno: SketchUp offre funzioni di
modellazione 3D davvero impressionanti ed è in grado di realizzare lavori complessi e
professionali.
La versione Google SketchUp Pro può essere utilizzata con scopi commerciali.


•  Considera la precisione della macchina:
Z = 0.1 - 0.3mm
X,Y=0.1mm
•  Tolleranze.
parti mobili: 0.5mm
parti che si combinano: 0.25mm
•  Considera spessori e distanze.
Una parete da 0.5mm?
•  La plastica si ritira:
ABS 2% e PLA 0.2%
TECNICHE DI DISEGNO

In questa sezione vedremo i concetti chiave che stanno dietro alla creazione
di un oggetto 3D.
Questi concetti sono direttamente traducibili in un linguaggio di
programmazione e con una sequenza veloce di piccoli esempi è possibile fare
una panoramica su come sia possibile implementare i modelli in 3D.
Questo linguaggio è basato solo su alcuni concetti base, ma grazie alla loro
combinazione è possibile generare qualsiasi struttura 3D.
MODELLAZIONE 3D: OPENSCAD

OPENSCAD: CUBO
cube([width,heigth,depth]);
Crea un cubo nel quadrante positivo con un angolo a (0,0,0).
cube([width,heigth,depth], center = true);
Disegna un cubo con il centro nel punto d’origine del sistema di coordinate, è necessario
aggiungere esplicitamente il parametro center e impostarlo su true (per default è false).

OPENSCAD: SFERA
sphere(r);
Disegna una sfera di raggio r centrata nel punto di origine del sistema di coordinate.
Se vogliamo incrementare la risoluzione allo scopo di ottenere una migliore superficie
“curva”, è necessario aggiungere il parametro $fn.

OPENSCAD: CILINDRO [1/2]
Definendo solamente un raggio otteniamo un cono:
cylinder(h,r,center=true,$fn = 100);
Definendo due raggi otteniamo un tronco di cono o un cilindro (se r1 = r2):
cylinder(h,r1,r2,center=true,$fn=100);

OPENSCAD: TRASFORMAZIONI [1/5]
Una volta definita la figura 3D da disegnare, è necessiario sottoporla ad una
trasformazione.
Qualsiasi trasformazione a cui un oggetto è soggetto, può essere suddivisa in
una serie di trasformazioni elementari:
•  Traslazione
•  Rotazione
•  Ridimensionamento (meglio scaling)
•  Simmetria

Per traslazione si intende il muovere un oggetto di una certa distanza in una specifica
direzione.
translate([x,y,z]) “oggetto”;

Questa trasformazione ruota un oggetto rispetto all’origine del sistema di coordinate o
attorno ad un asse arbitrario.
rotate([ax,ay,az]) “an object”;
dove ax, ay e az sono gli angoli di rotazione rispetto agli assi x, y e z rispettivamente.

Con le trasformazioni in scala noi possiamo restringere o allungare un modello 3D lungo un
asse.
scale([x,y,z]) “an object”;
L’uso di una trasformazione in scala non uniforme, per esempio solo su uno specifico asse,
deforma una figura base e nel fare ciò, abbiamo ottenuto una nuova forma più complessa.

Crea l’immagine speculare di un oggetto rispetto ad un piano di simmetria passante per
l’origine.
mirror([nx,ny,nz]) “oggetto”;
L’argomento passato alla funzione mirror() è il vettore normale al piano intersecante l’origine
attraverso cui si forma l’immagine speculare dell’oggetto.

Una volta che abbiamo definito un insieme di oggetti 3D e avendo applicato
loro una sequenza di trasformazioni, la terza operazione da fare è combinare
insieme gli oggetti.
La combinazione di oggetti diversi può essere fatta attraverso le operazioni
CSG:
•  Unione
•  Differenza
•  Intersezione
OPERAZIONI CSG [1/4]

La funzione union() genera un nuovo oggetto 3D definito dal volume occupato da tutti gli
oggetti soggetti all’unione.
union(){
“oggetto1”;
“oggetto2”;
...
}

La funzione difference() genera un nuovo oggetto 3D definito dal volume occupato dal
primo oggetto meno quello occupato dal secondo.
difference(){
“oggetto1”;
“oggetto2”;
}

La funzione intersection() genera un nuovo oggetto 3D definito dal volume occupato da
entrambe gli oggetti.
intersection(){
“oggetto”;
“oggetto”;
}

SLICER: CONFIGURAZIONE E PARAMETRI

STL (STereoLithography) è un tipo di file largamente utilizzato nel mondo che
ruota intorno alle stampanti 3D.
Un file STL viene utilizzato principalmente per descrivere la geometria della
superficie di un modello 3D. Essenzialmente questo file contiene tutte le
informazioni geometriche senza però considerare alcuna attribuzione di colore o
texture, come invece è comune per altri formati di file CAD.
I file STL possono essere sia in formato ASCII che binari, anche se i file binari sono
molto più comuni proprio per le loro dimensioni più compatte. Se analizziamo
all’interno un file STL ASCII (non binario) aprendolo con un qualsiasi editor di testo
(per esempio Notepad++) si può facilmente vedere come siano strutturati i dati che
rappresentano il modello 3D.
STL: QUESTO SCONOSCIUTO [1/2]

Qualsiasi file STL deve cominciare con la seguente riga:
solid name
con name indichiamo il nome dell’oggetto, può assumere qualsiasi valore ed è
opzionale (anche se è necessario far seguire il comando solid con uno spazio).
Il file continua con un elenco di triangoli (indicati con facet). Tutti i triangoli
contenuti all’interno del file STL andranno a comporre la superficie del modello 3D.
Infine, a chiusura del file c’è la seguente riga:
endsolid name
che informa gli interpreti e altre applicazioni del termine della struttura dati STL.
STL: QUESTO SCONOSCIUTO [2/2]

Nella catena di applicazioni utilizzate per la generazione e stampa di un modello 3D,
si deve sempre tenere in mente che si sta lavorando con un oggetto solido e reale!
I modelli 3D creati per la stampa devono essere ‘a chiusura stagna’.
Quando stai progettando un oggetto, immagina di riempirlo con dell’acqua. bene
nessuna goccia di acqua deve poter fuoriuscire da quell’oggetto.
STL: ALCUNE REGOLE DA SEGUIRE
Si può trovare un buco nella mesh
quando è possibile vedere la
geometria interna dell’oggetto
attraverso di esso.

ERRORI DELLE MESH
Nel modello di destra, i triangoli che descrivono la
parte inferiore del parallelepipedo più piccolo (la
parte immersa nella scatola più grande) non sono
necessari e possono essere rimossi.
Tutti i lati dei triangoli che compongono la superficie
devono essere propriamente connessi l’un l’altro. Se
così non fosse, si potrebbero formare dei buchi, o
delle superfici sovrapposte o tagliate. [bad-edges].
In un file STL ci potrebbero essere dei triangoli che si
intersecano tra di loro tagliandosi così l’un l’altro.

Netfabb Cloud Services è un prodotto gratuito specifico per la stampa 3D.
Può essere utilizzato da qualsiasi browser e su qualsiasi sistema operativo.
Semplicemente, basta caricare il file STL, immettere l’indirizzo di posta
elettronica e attendere qualche minuto prima di ricevere una email con un
link per effettuare il download del file STL riparato.
https://netfabb.azurewebsites.net
RIPARARE FILE STL [1/2]

Willit 3D Print, questo sito web utilizza sia JavaScript che WebGL per la
visualizzazione e l’analisi del modello 3D contenuto nel file STL che andremo
a caricare
http://willit3dprint.com
Prima dell’analisi del file STL, il sito richiede di impostare il modello di
stampante 3D, il materiale e il valore di thickness.
Dopo il caricamento del file la pagina web mostrerà il modello in tre
dimensioni e una nutrita lista di parametri e funzioni.
RIPARARE FILE STL [2/2]

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http://www.openbuilds.com
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http://www.shapedo.com
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