Le stampanti 3D FDM - Associazione Culturale bit01

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Cos'e' la stampa 3D
Le stampanti 3D FDM

Come abbiamo accennato nell’articolo precedente, le stampanti FDM realizzano i modelli tridimensionali portando a temperatura di fusione del materiale termoplastico che viene depositato su un piano formando degli strati che andranno a comporre il prodotto finito.
 
In questo articolo vedremo nel dettaglio come funziona una stampante FDM e le varie parti che la compongono, prima però vediamo le differenze tra i due tipi di macchine più diffuse sul mercato.

Stampanti Cartesiane
 
Le stampanti cartesiane sono le più comuni sul mercato e prendono il nome dal sistema di coordinate cartesiano (X, Y e Z) che viene utilizzato per determinare dove e come muoversi in tre dimensioni.
 
Queste stampanti hanno tipicamente un piano di stampa mobile che può essere sull’asse Z con l’estrusore che si muove sulle assi X e Y oppure con un piano mobile sull’asse Y con l’estrusore sulle assi X e Z.
 Il primo sistema lo possiamo vedere sulla Makerbot Replicator 2 (a sinistra), mentre il secondo lo troviamo sulla Prusa MK3 (a destra).

                                                 

Stampanti Delta
 
Le stampanti Delta utilizzano lo stesso sistema di coordinate cartesiano, ma differiscono dalle parenti cartesiane per diversi elementi: il piano di stampa è circolare e non si muove, mentre l’estrusore è sospeso su 3 bracci in una configurazione triangolare, da qui il nome Delta.
 Le stampanti Delta sono pensate per la velocità, tuttavia è ancora oggetto di discussione tra gli utenti se queste macchine siano precise quanto le stampanti cartesiane.



Differenza tra Stampante Cartesiana e Delta
Le componenti di una stampante 3D

 
Scheda madre
 
La scheda madre è il cervello della nostra stampante. A questa si collegano tutti i componenti della macchina come motori, sensori, ventole e parti riscaldanti.
 
La maggior parte delle schede madri sono basate sul processore a 8 bit ATMega 2560, lo stesso processore che si trova sulla Arduino Mega, mentre schede più recenti arrivano a montare processori a 32 bit permettendo di avere ulteriori funzionalità.

                               

Un kit Ramps 1.4 che monta come shield su una Arduino Mega.      Una scheda MKS-Gen 1.4 con un microcontrollore ARM a 16 bit.

Motori passo-passo
 
I motori passo-passo (o stepper motor in inglese) sono potenti motori elettrici controllati elettronicamente capaci di ruotare di alcuni gradi con una precisione molto elevata.
 
Una stampante FDM, indipendentemente dalla tipologia monta sempre un minimo di 4 motori: uno per asse (X, Y e Z) e uno per l’estrusore.

                                                    
                                         Un motore NEMA 17                                                    Lo stesso motore utilizzato per la parte dell’estrusore che porta il filamento                                                                                                                                            all’hotend per essere riscaldato (feeder).


Sensori
 
Le stampanti necessitano normalmente di due tipi di sensori: dei sensori di temperatura (o termistori) e degli interruttori di fine corsa (o limit switch).
 
I termistori misurano la temperatura dell’hotend e dell’heatbed per impedire a queste parti di riscaldarsi oltre la temperatura impostata.
 
I limit switch vengono posti all’inizio di ogni asse e servono per far capire alla stampante dove si trova l’origine degli assi dopo aver eseguito l’homing. Questi interruttori svolgono anche una funzione di sicurezza impedendo ai motori di muovere gli assi oltre i limiti fisici della macchina.




                                          

Dei termistori e un limit switch                                                                                Una stampante mentre esegue l’homing



Display
 
Quasi tutte le stampanti montano qualche sorta di display per interagire con la macchina e mostrare varie informazioni durante la stampa.
 
Le stampanti che montano schede con processori a 8 bit hanno solitamente display a caratteri capaci di mostrare solo testo e icone, mentre altre più sofisticate con processori a 32 bit possono montare display grafici touchscreen.

                                              
             Un display a caratteri LCD 2004                                                             Un display touchscreen per schede a 32 bit


Piano di stampa
 
Il piano di stampa è dove viene depositato il materiale fuso. In base al tipo di stampante può essere fisso o mobile e ha una forma quadrata o rettangolare nelle stampanti cartesiane o una forma circolare nelle stampanti delta.
 
Spesso il piano di stampa ha una resistenza interna che permette di riscaldarlo (prendendo il nome di heatbed o hotbed) aumentando l’adesione del materiale durante la stampa impedendo fenomeni come il warping di cui parleremo nei prossimi articoli.

                                                     
                                                                               Un piano di stampa riscaldato


Hotend
 
L’hotend è la parte dove il materiale viene portato al punto di fusione per essere estruso.
 
Si presenta come un blocchetto di metallo in cui è inserita una cartuccia riscaldante e termina con un ugello da cui fuoriesce il materiale fuso.
In base al materiale impiegato per la stampa, l’hotend può essere riscaldato oltre i 200 °C

                            Un hotend E3Dv6                                       Nel blocchetto di metallo sono inseriti iun termistore e la cartuccia riscaldante


Alimentatore
 
Ovviamente tutto quello descritto sopra sarebbe inutile senza la corrente elettrica.
 
Le stampanti 3D utilizzano gli stessi alimentatori dei LED, in base alla potenza delle parti riscaldanti possono richiedere un alimentatore a 12 o 24 Volt con una potenza che va dai 200 ai 500 Watt.
 
ATTENZIONE! Anche se raro le stampanti 3D possono causare incendi spesso causati da alimentatori di scarsa qualità e non adeguatamente dimensionati. Se decidete di acquistare una stampante 3D (soprattutto se una di quelle economiche) fate qualche ricerca e assicuratevi che il modello che avete scelto abbia almeno un alimentatore affidabile.
Un alimentatore da 12 Volt


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