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3DPrinting Intro

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Introduzione al mondo del 3dprinting per mettere chiarezza sulle differenti tecnologie applicate alla prototipazione rapida.

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3DPrinting Intro

  1. 1. 3D PRINTING! «Ma come ti stampo?» Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 1
  2. 2. 3D PRINTING! •La stampa 3D rappresenta la naturale evoluzione della stampa 2D e permette di avere una riproduzione reale di un modello 3D realizzato con un software di modellazione 3D. •Un oggetto fisicamente reale, nelle proprie mani •«Dal bit alla materia!» Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 2
  3. 3. L’inizio della stampa 3d • A partire dalla metà degli anni 80 Stratasys e Zcorporation iniziano a sviluppare macchinari per la prototipazione rapida • Un insieme di tecniche industriali volte a realizzare il cosiddetto prototipo. • Produzione di un oggetto reale a partire da un modello CAD tridimensionale • Indipendentemente da come lo si realizza, per prototipo si intende "il primo elemento della serie". • Può svolgere funzioni differenti nell'azienda: può servire per valutare costi, tempi di ciclo, risposta del mercato e così via. Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 3
  4. 4. Le tecnologie • Le macchine disponibili oggi sul mercato utilizzano metodologie e tecniche di stampa differenti • In base alle esigenze di:  Velocità di stampa  Livello di risoluzione  Materiale utilizzato Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 4
  5. 5. «Manifattura additiva» Aggiungere strati di materiale «uno sopra l’altro» (layer by layer) fino ad ottenere la forma desiderata  Non taglia  Non fresa  Non tornisce  Materiale di scarto pari a 0! Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 5
  6. 6. Principali tecniche •SLA – StereoLitographic Apparatus •DLP – Digital Light Processing •SLS – Selective Laser Sintering •«3d Printing» •FDM – Fused Deposition Modeling (o FFF – Fast Filament Fusion) Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 6
  7. 7. SLA – StereoLitographic Apparatus • Prima tecnica adottata per la prototipazione rapida • Realizzata da Charles W. Hull • Fotopolimerizzazione • Vasca contenente una speciale resina liquida che se esposta alla luce polimerizza (si solidifica) • Un «bed» si alza/abbassa • Un raggio UV con un sistema a specchi Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 7
  8. 8. SLA – StereoLitographic Apparatus1. Il raggio laser traccia un fascio di luce UV modulato in modo da ricostruire un’immagine raster della prima sezione dell’oggetto 2. La resina si solidifica 3. Il bed si abbassa leggermente in modo che la resina crei una nuova superficie liquida 4. Successiva scansione laser che va avanti strato dopo strato fino a quando il modello non è completo 5. Al termine l’oggetto viene estratto dalla resina e posto (alcune volte) in un forno a raggi UV per completare la polimerizzazione 6. Oggetto verniciabile Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 8
  9. 9. SLA – StereoLitographic Apparatus Vantaggi: • Alta risoluzione • Utilizzo di resine diverse con caratteristiche fisiche diverse (resistenza, flessibilità ecc.) • Tempi di lavorazione «rapidi» (entro la giornata) Svantaggi: • Sistema di controllo costoso • Manutenzione complessa • Costo della resina elevato • Monocromia • Trattamento termico nel forno Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 9
  10. 10. DLP – Digital Light Processing • Tecnologia sviluppata dalla Texas Instruments • Polimerizzazione di resine a contatto con luce e calore • No laser • Videoproiettore! • Sfrutta un semiconduttore ottico per manipolare la luce digitale • Un microchip ricoperto di milioni di specchi che si muovono indipendentemente l’uno dall’altro e che sono in grado di rappresentare al meglio ciascun pixel dell’immagine • Luce inattica (camera oscura) Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 10
  11. 11. DLP – Digital Light Processing • Principio di riflessione della luce • Qualità superiore alla tecnologie LCD ed un alto rapporto di contrasto • Generalmente nel DLP (o cDLP, DLP a luce continua) l’oggetto è attaccato ad una piattaforma che si allontana dalla vasca di resina • Il fascio di luce del proiettore proviene da sotto la base • Condivide pregi e difetti del SLA, ad eccezione della velocità di stampa: la polimerizzazione su ogni singolo strato avvien contemporaneamente su tutto il perimetro (non bisogna attendere l’intero percorso del raggio) Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 11
  12. 12. DLP – Digital Light Processing Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 12 • Le tempistiche di stampa dipendono esclusivamente dall’altezza del modello (sviluppo sull’asse z) non dalla grandezza della sua base • Costo minore data l’assenza del raggio UV e del suo controllo • Manutenzione minore • Piccolo limite: • Durante la progettazione in alcuni casi bisogna tener conto della presenza di «buchi di scarico» della resina non polimerizzata • Può compromettere il design finale dell’oggetto • Non sempre si può influire sulla robustezza e sul peso dell’oggetto • Spesso si deve ricorrere all’uso di materiale di supporto • Adatta solitamente per oggetti di piccolo volume
  13. 13. SLS – Selective Laser Sintering • Simile alla stereolitografia • Al posto del raggio UV c’è un laser • Al posto della vasca di materiale liquido c’è una base in polvere • Il laser sinterizza il materiale • Compatta e trasforma il materiali in polvere in un composto indivisibile • Costruisce così un oggetto solido Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 13
  14. 14. SLS – Selective Laser Sintering • Utilizzo di polveri termoplastiche, metalliche o silicee • Viene steso primo strato di polvere con un sistema apposito • Il laser provvede alla sinterizzazione ove necessario • La parte appena sinterizzata si abbassa • Viene steso un altro strato di polvere • Il processo continua fino alla costruzione del modello Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 14
  15. 15. SLS – Selective Laser Sintering Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 15
  16. 16. SLS – Selective Laser Sintering Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 16 • Diverse tipologia di polveri • Alta precisione e definizione • Non c’è bisogno di alcun supporto alla stampa, poiché la polvere non sinterizzata sostiene il modello in fase di stampa • Finita la stampa il pezzo viene pulito dalla polvere • Nel caso di polveri metalliche e ceramiche il pezzo può subire un ulteriore trattamento per migliorare le sue caratteristiche (resistenza, lucentezza ecc.)
  17. 17. SLS – Selective Laser Sintering Tuttavia sono presenti anche in questo caso degli svantaggi: • Elevato ingombro del macchinario • Complessità dei meccanismi per il controllo della stesura della polvere • Difficile reperibilità dei materiali (costo non contenuto) • Monocromia Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 17
  18. 18. 3D PRINTING • Nome ambiguo tuttavia simile alla tecnica SLS • Tecnica particolare • Utilizzo delle polveri • Senza la sinterizzazione • Utilizzo di un collante spruzzato da un’apposita testina • Alla fine del processo di stampa l’oggetto viene trattato termicamente per consolidare la polvere • Per certi versi molto simile alla stampante a getto d’inchiostro Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 18
  19. 19. 3D PRINTING • Stessi svantaggi della SLS Qualche piccolo vantaggio: •Nessun bisogno di supporti •Elevata definizione •Costi inferiori data l’assenza del laser e dei suoi controlli •Policromia: al collante può essere addizionato colore Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 19
  20. 20. 3D PRINTING Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 20
  21. 21. FDM – Fused Deposition Modeling • Tecnologia sviluppata da Stratasys che si adopera nella prototipazione rapida tradizionale: usa un ugello per depositare un polimero fuso su una struttura di supporto strato dopo strato (layer by layer); • Anche conosciuta come FFF – Fast Filament Fusion • Fusione di un materiale inizialmente o in genere plastico (o a base plastica) • Disposizione del materiale fuso attraverso un estrusore comandato da appositi controlli sul piatto di stampa Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 21
  22. 22. FDM – Fused Deposition Modeling •L’ugello viene spostato lungo gli assi X,Y,Z da un meccanismo a controllo numerico •Gestione attraverso un software CAM (Computer Aided Manufacturing) •Sistema più utilizzato Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 22
  23. 23. FDM – Fused Deposition Modeling Nello specifico: • Bobina di consumabile • Il filamento viene guidato fino all’estrusore • L’estrusore utilizza il momento torcente e una «morsa» per spingere e ritirare una precisa quantità di filo • Un blocco riscaldante scioglie il filamento ad una temperatura utilizzabile (a seconda del materiale) • Il filamento scaldato viene spinto fuori da un ugello ad un diametro inferiore • Il materiale estruso viene appoggiato sul modello dove necessario • La testa e/o il piatto si muovono su coordinate X/Y/Z per posizionare il materiale in modo corretto Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 23
  24. 24. FDM – Fused Deposition Modeling Svariati pregi: • Costi molto contenuti per la costruzione e la manutenzione del macchinario • Utilizzo della stessa struttura e movimentazione delle più comuni macchine CNC • Economicità e facile reperibilità del materiale termoplastico (in genere acrilonitrile butadiene stirene ABS o acido polilattico PLA) • Sistemi di controllo semplici e già presenti sul altri macchinari • Velocità di stampa elevata • Spazio contenuto Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 24
  25. 25. FDM – Fused Deposition Modeling Alcuni limiti: • Definizione dell’oggetto determinata dalla grandezza del foto d’uscita dell’ugello e dal sistema meccanico • Per raggiungere una definizione accurata bisogna allungare di molto i tempi di stampa (la superficie del pezzo può presentare un aspetto a gradini) • Monocromia (al massimo bicromia o tricromia sperimentale) Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 25
  26. 26. FDM – Fused Deposition Modeling Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 26
  27. 27. Altre tecniche • LOM – Laminated Object Manufacturing • impiega fogli di carta speciale tagliata secondo la slice voluta e incollata alla precedente • Dimensioni relativamente elevate per il volume di lavoro • Supporto costituito dalla carta in eccesso • Post-trattamento molto delicato (lavorazione con strumenti tipici della lavorazione del legno • Finitura con carta abrasiva • Impermeabilizzazione Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 27
  28. 28. Altre tecniche • SLM – Selective Laser Melting : Simile alla SLS ma se ne differenzia per l’impiego di polveri metalliche integrali, senza l’uso di bassi fondenti • Laser più potente • Oggetto del tutto simile alla produzione di serie • Non richiede particolari trattamenti finali • Può essere sottoposto tranquillamente a lavori tradizionali Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 28
  29. 29. Altre tecniche • EBM – Electron Beam Melting Tecnica di fusione da fascio elettronico • Simile alla SLM • Richiede il «vuoto» nella camera di lavoro per prevenire l’ossidazione dei materiali • Può fondere materiali molto più resistenti come il titanio • Applicazioni di protesi biomediche e nella chirurgia ortopedica Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 29
  30. 30. •Molte altre ancora (Bio 3d Printing, Drug Printing, Food Printing, Ice Printing, Solar Sinter Printing … ) •Tante tecnologie •Forse troppe! •Differenti applicazioni •Differenti costi Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 30 Le tecnologie
  31. 31. Futuri Sviluppi • Imprevedibili? Oppure già noti? • La stampanti 3d crescono, si diramano, si sviluppano, si autoriproducono, si migliorano e si evolvono ogni giorno di più • I campi si miscelano • Penetra in ogni settore possibile • Medicina • Metallurgia • Chimica • Meccanica • Architettura • Edilizia • Design • Arte Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 31
  32. 32. Futuri Sviluppi • Si abbattono i costi • Migliorano i prodotti • Migliora la vita • Una stampante 3D in ogni casa? Forse! Giuseppe Liuzzi - Syskrack Lab 32

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