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Corso Stampa 3D Base - MUST

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Slide del corso Stampa 3D Base tenuto presso il Museo della Scienza e Tecnologia "Leonardo da Vinci" di Milano.

Argomenti trattati:
- 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)

Published in: Technology
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Corso Stampa 3D Base - MUST

  1. 1. www.opsitalia.com CORSO STAMPA 3D BASE
  2. 2. •  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
  3. 3. 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]
  4. 4. 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]
  5. 5. •  Cos’è una stampante 3D –  Macchina automatica •  Additiva •  Sottrattiva •  Cosa significa stampare in 3D •  Cosa serve per stampare in 3D INTRODUZIONE ALLA STAMPA 3D
  6. 6. 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
  7. 7. •  Cos’è una stampante 3D •  Cosa significa stampare in 3D –  Disegnare un percorso •  Lo strumento si muoverà seguendo il percorso estrudendo o erodendo il materiale per dare la forma al nostro oggetto •  Cosa serve per stampare in 3D INTRODUZIONE ALLA STAMPA 3D
  8. 8. •  Cos’è una stampante 3D •  Cosa significa stampare in 3D •  Cosa serve per stampare in 3D –  Comprendere il funzionamento delle macchine •  Tecnologia –  Limiti –  Materiali –  Un pizzico di fisica –  Imparare a disegnare in 3D –  Scegliere correttamente le dotazioni tecnologiche INTRODUZIONE ALLA STAMPA 3D
  9. 9. •  Cos’è una stampante 3D •  Cosa significa stampare in 3D •  Cosa serve per stampare in 3D –  Comprendere il funzionamento delle macchine –  Imparare a disegnare in 3D •  Open Source vs Commercial –  Scegliere correttamente le dotazioni tecnologiche INTRODUZIONE ALLA STAMPA 3D
  10. 10. •  Cos’è una stampante 3D •  Cosa significa stampare in 3D •  Cosa serve per stampare in 3D –  Comprendere il funzionamento delle macchine –  Imparare a disegnare in 3D –  Scegliere correttamente le dotazioni tecnologiche •  Il problema della messa in stampa a seconda della tecnologia INTRODUZIONE ALLA STAMPA 3D
  11. 11. 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]
  12. 12. 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]
  13. 13. •  Macchine CNC a fresa •  Stampanti ad Estrusione Termoplastica •  Stampanti a stereolitografia •  Altre Stampanti (deposito, fotopolimeri, carta, gesso) CLASSIFICAZIONE STAMPANTI
  14. 14. •  Macchine CNC a fresa –  Tecnologia Sottrattiva •  Macchine per Targhe •  Macchine per Marmo •  Esempio modifica 3DRAG •  Stampanti ad Estrusione Termoplastica •  Stampanti a stereolitografia •  Altre Stampanti (deposito, fotopolimeri, carta, gesso) CLASSIFICAZIONE STAMPANTI
  15. 15. •  Macchine CNC a fresa •  Stampanti ad Estrusione Termoplastica –  Tecnologia Additiva •  Fisica dell’estrusione (velocità e diametro ugello) •  Layer e Spiraloidi •  Meccanica delle macchine, tipologie •  Stampanti a stereolitografia •  Altre Stampanti (deposito, fotopolimeri, carta, gesso) CLASSIFICAZIONE STAMPANTI
  16. 16. FUNZIONAMENTO DI UNA STAMPANTE
  17. 17. •  Macchine CNC a fresa •  Stampanti ad Estrusione Termoplastica •  Stampanti a stereolitografia –  Meccanica e Funzionamento •  Polimeri Liquidi •  Laser •  Definizione •  Altre Stampanti (deposito, fotopolimeri, carta, gesso) CLASSIFICAZIONE STAMPANTI
  18. 18. •  Macchine CNC a fresa •  Stampanti ad Estrusione Termoplastica •  Stampanti a stereolitografia •  Altre Stampanti (deposito, fotopolimeri, carta, gesso) –  Stampante 3D a carta –  Stampante a gesso –  Stampante InkJet CLASSIFICAZIONE STAMPANTI
  19. 19. 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
  20. 20. •  Differenza tecnica nei modelli consumer e tra consumer e professionali •  Stratasys, 3D Systems •  Costi HOME E PROFESSIONAL
  21. 21. •  Differenza tecnica nei modelli consumer e tra consumer e professionali –  Meccanica di precisione •  Bronzine •  Cuscinetti a ricircolo di sfere •  Serraggi a costrizione •  Durezza in flessione delle barre / vibrazioni •  Stratasys, 3D Systems •  Costi HOME E PROFESSIONAL
  22. 22. •  Differenza tecnica nei modelli consumer e tra consumer e professionali –  3DRAG –  ShareBot –  MakerBot –  Stratasys •  Stratasys, 3D Systems •  Costi HOME E PROFESSIONAL
  23. 23. 3DRAG
  24. 24. SHAREBOT
  25. 25. MAKERBOT [1/2]
  26. 26. MAKERBOT [2/2]
  27. 27. STRATASYS
  28. 28. •  Differenza tecnica nei modelli consumer e tra consumer e professionali •  Stratasys, 3D Systems –  Funzionamento delle stampanti FDM Professionali •  Accorgimenti tecnici •  Camera Chiusa •  Materiali e cartucce •  Costi HOME E PROFESSIONAL
  29. 29. •  Differenza tecnica nei modelli consumer e tra consumer e professionali •  Stratasys, 3D Systems •  Costi –  http://www.additive3d.com/3dpr_cht.htm HOME E PROFESSIONAL
  30. 30. ELETTRONICA STAMPANTI HOME
  31. 31. •  Sprinter •  Teacup •  Sjfw •  Marlin •  Sailfish •  Makerbot •  Grbl •  Repetier-Firmware •  Aprinter •  RepRap Firmware •  ImpPro3D •  12 Smoothie FIRMWARE
  32. 32. 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]
  33. 33. 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]
  34. 34. •  PC •  PC-ABS •  ULTEM •  GOMMA •  NYLON •  PLA EFFETTO LEGNO •  PLA EFFETTO GESSO •  ELETTROCONDUTTIVO MATERIALI SPECIALI
  35. 35. 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
  36. 36. 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]
  37. 37. 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.   CAD: PROGRAMMI [2/4]
  38. 38. 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.   CAD: PROGRAMMI [3/4]
  39. 39. 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.     CAD: PROGRAMMI [4/4]
  40. 40. •  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
  41. 41. TINKERCAD
  42. 42. 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
  43. 43. 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).
  44. 44. 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 $fn.
  45. 45. OPENSCAD: CILINDRO [1/2] Definendo solamente un raggio otteniamo un cono: cylinder(h,r,center=true,$fn = 100); Definendo due raggi otteniamo un tronco di cono o un cilindro (se r1 = r2): cylinder(h,r1,r2,center=true,$fn=100);
  46. 46. OPENSCAD: CILINDRO [2/2]
  47. 47. 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
  48. 48. OPENSCAD: TRASFORMAZIONI [2/5] Per traslazione si intende il muovere un oggetto di una certa distanza in una specifica direzione. translate([x,y,z]) “oggetto”;
  49. 49. OPENSCAD: TRASFORMAZIONI [3/5] 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.
  50. 50. OPENSCAD: TRASFORMAZIONI [4/5] 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.
  51. 51. OPENSCAD: TRASFORMAZIONI [5/5] 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.
  52. 52. 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]
  53. 53. La funzione union() genera un nuovo oggetto 3D definito dal volume occupato da tutti gli oggetti soggetti all’unione. union(){ “oggetto1”; “oggetto2”; ... } OPERAZIONI CSG [2/4]
  54. 54. La funzione difference() genera un nuovo oggetto 3D definito dal volume occupato dal primo oggetto meno quello occupato dal secondo. difference(){ “oggetto1”; “oggetto2”; } OPERAZIONI CSG [3/4]
  55. 55. La funzione intersection() genera un nuovo oggetto 3D definito dal volume occupato da entrambe gli oggetti. intersection(){ “oggetto”; “oggetto”; } OPERAZIONI CSG [4/4]
  56. 56. SLICER: CONFIGURAZIONE E PARAMETRI
  57. 57. 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]
  58. 58. 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]
  59. 59. 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.
  60. 60. 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.
  61. 61. 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]
  62. 62. 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]
  63. 63. http://www.thingiverse.com http://www.openbuilds.com https://www.youmagine.com http://www.shapedo.com PORTALI PER RISORSE
  64. 64. DOMANDE
  65. 65. GRAZIE PER L’ATTENZIONE Contatti: www.opsitalia.com info@opsitalia.com

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