Com’è fatta una stampante 3D FDM | Blog Wadsl
stampante 3d

Com’è fatta una stampante 3D FDM

Stampa 3D: un processo non proprio banale

Produrre un oggetto 3D con un processo di stampa non è una cosa proprio banale e l’intero processo, dalla realizzazione del modello alla stampa vera e propria, presuppone la conoscenza di svariati argomenti.

Nell’ambito della stampante 3D vera e propria è imprescindibile la conoscenza degli elementi che compongono la stampante anche per capirne i pregi e i difetti delle varie soluzioni tecnologiche.

Nel nostro articolo precedente [link] abbiamo visto come una stampante FDM realizza un oggetto finito tramite il deposito del materiale, usualmente plastico, strato per strato.

Andiamo quindi a vedere nel dettaglio da cosa è composta una stampante 3D FDM.

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I componenti principali di una stampante 3D

L’elemento principale della stampante 3D è l’hotend,(elemento n. 1) che è quello che, riscaldando il materiale plastico, permette al filamento di essere sciolto e depositato.

L’hotend è usualmente formato da un blocco riscaldante al cui interno avviene la fusione del filamento, da un ugello (nozzle) dalla cui punta forata, fuoriesce il materiale fuso nel blocco riscaldante e da un dissipatore che facilita la rapida dissipazione del calore cosi da concentrare il calore solo nei pressi del nozzle.

Il blocco riscaldante, dovendo raggiungere e mantenere una temperatura adeguata al tipo di materiale che stiamo usando è formato da una resistenza attraversata da un’opportuna corrente che riscalda il blocco e da un sensore di temperatura (termistore) che monitorizza costantemente la temperatura del blocco.

Ambedue gli elementi sono collegati a una scheda di controllo che regola la corrente della resistenza sulla base dei valori letti dal termistore.

Come funziona una stampante 3D

L’hotend è montato su una barra mobile e viene spostato da un motore che posiziona l’hotend sull’asse delle X nel punto dove, in quel momento, è necessario depositare il materiale.

stampante_3d

A sua volta la struttura che contiene l’hotend si sposta in altezza sull’asse Z per sviluppare i diversi livelli dell’oggetto che stiamo stampando.

La quantità di filamento che raggiunge l’hotend è regolata dall’estrusore (elemento n. 2) che tira a sé il filamento dalla bobina e lo spinge all’interno dell’hotend.

L’estrusore può essere fissato sul telaio della stampante e collegato all’hotend tramite un tubo in teflon (PTFE) al cui interno scorre il filamento o può essere solidale con l’hotend e quindi spostarsi con esso sull’asse delle X e Z.

Il primo tipo di fissaggio, conosciuta come bowden, ha il vantaggio di permettere una elevata velocità di stampa in quanto a muoversi è il solo hotend ma ha lo svantaggio che il filamento viene spinto lungo il tubo di teflon e questo può sia creare variazioni della quantità di materiale sciolto a causa dell’attrito lungo il tubo sia, soprattutto per quei materiali più flessibili, produrre problemi nello scorrimento fino anche a impedirne l’estrusione.

Questo problema non si presenta nel secondo tipo di fissaggio, detto direct drive, dove estrusore e hotend sono un elemento unico e quindi sono alla minima distanza l’uno dall’altro e questo evita che filamenti molto elastici si possano contrarre. Lo svantaggio è dato dal fatto che l’aumento della massa da spostare ne limita la velocità e aumenta le possibili vibrazioni sull’asse X a scapito della precisione dell’estrusione.

L’hotend deposita il materiale estruso sul cosi detto piatto di stampa (elemento n. 3), un piatto in alluminio, usualmente riscaldato per evitare deformazioni e stress termici del materiale fuso che viene depositato. Il piatto di stampa è, di solito, sormontato da un ulteriore piatto che, oltre a proteggere l’elemento riscaldante, è fatto da un materiale che permette una maggiore adesione del materiale estruso.

Questo elemento può essere anche in vetro o meglio ancora in vetro boro-silicato che ha una maggiore resistenza elastica e minore deformazione rispetto al vetro.

Usualmente per migliorare l’adesione del materiale stampato al piatto di stampa si usano spray specifici o la semplice lacca per capelli.

Il piatto di stampa è usualmente posto su binari e viene spostato da un motore sull’asse delle Y.

Gli elementi mobili vengono spostati da motori particolari detto passo-passo che hanno la peculiarità di ruotare sul proprio asse per passi ben determinati e questo comporta una elevata precisione dell’angolo di rotazione e permette di ottenere l’elevata precisione richiesta nella stampa 3D.

Vanno a completare gli elementi di una stampante 3D, il telaio (elemento n. 4) su cui tutti gli elementi sono fissati, un porta bobina su cui scorre la bobina con il materiale che viene tirato dall’estrusore, l’elettronica (elemento n. 5) che controlla la temperatura dell’hotend, il motore dell’estrusore che spinge il telaio e il movimento dei motori sui tre assi, un display su cui vedere lo stato della macchina e dei pulsanti o manopole per le varie impostazioni e un modulo di alimentazione che alimenta con la giusta tensione, l’elettronica e i motori.