Precisione e risoluzione nella stampa 3d

Spesso le informazioni inerenti le caratteristiche di una stampante 3D possono trarre in inganno gli utenti meno esperti del settore. In questo articolo chiariremo alcuni concetti di base in merito alla differenza tra il concetto di risoluzione e precisione. I due termini indicano due parametri differenti che determinano il risultato finale delle produzioni additive. Nello specifico, analizzeremo il concetto di risoluzione nei sistemi di stampa DLP al fine di evidenziare i punti di debolezza nascosti dietro alle schede tecniche dei produttori di stampanti 3d.

stampa 3d precisione

Stampa 3d realizzata con stampante Envisiontec

Precisione stampa 3d

Con in termine precisione, in relazione alle tecnologie di manifattura additiva, si indica la corrispondenza tra il modello CAD elaborato al calcolatore ed il modello fisico realizzato con una stampante 3D. Quanto più il modello si avvicina in termini di dimensioni a quello progettato in CAD, tanto più sarà preciso. Il metodo di verifica più attendibile per stabilire il livello di precisione di una stampante 3d, passa attraverso 2 fasi: l’acquisizione della geometria di un modello con sistemi di scansione 3D e l’analisi con appositi software CAE. I risultati ottenuti per quanto precisi, non ci forniranno comunque la precisione della stampante 3d in termini assoluti. La precisione di una stampante 3D infatti, dipende anche dalla scelta dell’orientamento e dal posizionamento del modello sulla piattaforma di stampa, dalla tipologia del materiale di stampa, dai parametri di stampa assegnati attraverso i software pre stampa e dalla meccanica della macchina,.

scansione 3d scanner precisione stampa 3d

Sistema di scansione – scanner 3D

Risoluzione stampa 3d

Il concetto di risoluzione a differenza di quello di precisione, non riguarda alcun parametro misurabile con strumenti di precisione. Il grado di risoluzione di un oggetto prodotto con tecnologie additive infatti, si manifesta alla vista. A determinare la risoluzione di una stampante, almeno su carta, sono i parametri inerenti il layer thickness ovvero l’altezza del layer di stampa. Maggiore sarà l’altezza del layer e minore sarà il livello di definizione di una stampante o dell’oggetto stampato. Minore sarà l’altezza del layer, e più liscia e gradevole alla vista ed al tatto saranno le parti prodotte. Possiamo affermare che il livello di risoluzione di una stampante è inversamente proporzionale all’altezza del layer.

Tecnologie di stampa 3d con maggiore risoluzione

Difficile stabilire a priori quale tecnologia di stampa sia la più precisa. In termini di risoluzione sicuramente possiamo però affermare che i sistemi di stampa a sorgente luminosa, laser, proiettori o led, hanno una risoluzione maggiore rispetto ai sistemi di additive manufacturing ad estrusione. Questo perché i sistemi FDM, nella migliore delle ipotesi possono arrivare a realizzare layer con altezza minima di 0.1mm. I sistemi DLP, ad esempio possono realizzare layer molto più “bassi” fino a 0.01mmm. Una tale differenza pone i sistemi additivi a sorgente luminosa  ad un livello di risoluzione ben più alto.

Precisione e risoluzione di stampa: quale stampante scegliere e quali gli errori da evitare

Abbiamo analizzato solo una delle tecnologie di produzione additiva al fine di evidenziare i molteplici aspetti da valutare prima dell’acquisto di una stampante 3d. Nello specifico tratteremo il sistema additivo DLP.

Numero di pixel e dimensioni

In relazione alle tecnologie additive di Digital Light Processing, la risoluzione è determinata dal numero di pixel proiettati dalla sorgente luminosa. Secondo questo principio basterebbe scegliere una stampante 3d con risoluzione molto alta per essere sicuri di aver acquistato una buona macchina ma, anche se il numero di pixel rimane importante, non è tutto. Se state valutando di acquistare una DLP, oltre al numero di pixel, dovrete valutare anche la dimensione e la forma di ogni pixel. A parità di risoluzione intesa come numero di pixel, la stampante con area di stampa con dimensioni minori avrà una risoluzione maggiore dovuta ad una minore dimensione di ogni singolo pixel.

Forma dei pixel

Altro aspetto da non sottovalutare, è quello inerente la forma dei pixel. E’ infatti doveroso precisare che non tutti i proiettori emettono pixel quadrati. Alcune lampade, utilizzate su alcuni modelli di DLP, emanano pixel “diamond-shape” a forma di diamante… una forma irregolare non uniforme su X,Y. Tali pixel potrebbero migliorare la risoluzione su modelli con superficie circolare ma inficiare in maniera importante modelli con superfici dritte.

Qualità della sorgente luminosa

Nel caso dei sistemi di produzione additiva DLP, un altro aspetto importante da valutare riguarda la qualità della sorgente luminosa. Non tutte le sorgenti luminose hanno infatti la stessa qualità. Un piccolo test che vi suggeriamo, consta nel sovrapporre un foglio di carta nero sul piano di stampa della vostra DLP per vedere con che tipo di intensità  e qualità viene proiettata l’immagine in bianco e nero in relazione all’intera superficie di stampa. Spesso, con questo tipo di prova, si riscontra una maggiore definizione delle immagini nella zona di proiezione centrale, con un progressivo decremento di qualità sulla zona perimetrale dell’area di stampa. Una stampante 3D di qualità mantiene costante la qualità su tutta l’area.

Meccanica della stampante 3D

Uno degli aspetti importanti da valutare prima dell’acquisto di una stampante 3D, è quello riguardante la meccanica della macchina. Vi accorgerete di avere a che fare con macchine professionali dal momento in cui sbirciando all’interno degli chassis, riconoscerete componenti derivanti da meccanica di precisione già collaudata negli anni su sistemi CNC. In linea di massima, la componente meccanica è particolarmente importante sui sistemi multiasse. Basti pensare che sui sistemi DLP viene gestito solo l’asse Z mentre su un sistema FDM vengono gestiti almeno 3 assi. Un numero maggiore di componenti comporta maggiori sollecitazioni e quindi maggiori possibilità di errori.

Software e firmware della stampante 3D

Quando parliamo di stampa 3D parliamo di produzione digitale. Ecco perché il software di stampa e soprattutto il firmware sono di importanza fondamentale. Il software di stampa 3D serve a determinare i parametri di stampa tra cui, altezza dei layer, velocità di stampa, temperature o tempi di esposizione alla luce. Il firmware della stampante 3D serve a tramutare ogni istruzione data, in movimenti meccanici. La conoscenza della tecnologie di stampa, dei software, dei parametri firmware e soprattutto l’esperienza, possono fare la differenza. Testare i software proprietari prima dell’acquisto è una buona pratica che potrebbe portarvi a scegliere una soluzione additiva piuttosto che un’altra. Tra le valutazioni da fare a riguardo, anche quella di scegliere tra un sistema chiuso o un sistema open (se volete fare ricerca e sviluppo).

stampa 3d Systems software 3dsprint

Software di stampa 3D Systems 3DSprint

Orientamento e posizione sulla piattaforma di stampa 3d

Lo studio dettagliato delle caratteristiche di una stampante ed il livello di precisione e risoluzione, passa attraverso l’osservazione e l’analisi dei risultati delle stampe. In molti casi a determinare la buona riuscita di una stampa 3d non è, come spesso si pensa, l’altezza del layer ma la posizione o l’orientamento del pezzo sulla piattaforma di stampa. In teoria il modello CAD dovrebbe essere esattamente realizzato a prescindere dalla posizione o dall’orientamento. In pratica, ciò non sempre accade.Piattaforma di stampa 3d - disposizione oggetti da stampare

In quanto alla posizione, ad esempio, la stampa di un oggetto con una stampante con tecnologia SLA sulla zona perimetrale del piano di stampa, potrebbe essere differente rispetto alla stampa dello stesso modello nella parte centrale del piano. Una diversa inclinazione del raggio laser verso i fotopolimeri liquidi (non ortogonale) potrebbe infatti determinare uno scostamento tra le due geometrie. Per quel che riguarda l’orientamento invece, nel valutare ad esempio la stampa di un modello con tecnolgia DLP, si potrebbe incorrere in problemi di sovraesposizione dei materiali di stampa che potrebbero inficiare la buona riuscita della stampa. Ciò accade ad esempio con l’utilizzo di materiali molto chiari o trasparenti. Lasciando permeare la luce, potrebbero crearsi porzioni di stampa sovraesposte. Un corretto orientamento o, quando possibile, l’utilizzo di un materiale di colore differente, potrebbe risolvere il problema. Come già detto, una buona dose di esperienza o un corso di stampa 3d professionalizzante, renderanno più semplice la scelta della stampante 3D più congeniale alla realizzazione dei vostri modelli.

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