Tipi di stampanti e le loro differenze

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La stampa 3D è un processo di produzione additiva automatizzata, dove una stampante 3D crea un modello fisico basato su dati digitali (un oggetto 3D). Tutti i tipi di stampa 3D si basano sullo stesso principio: creare oggetti aggiungendo strati sopra (o sotto) quelli esistenti. Al momento, non esiste una tecnologia di stampa 3D che sia completamente universale e adatta ad ogni scopo. Ecco perché è importante decidere come e per quale scopo userai la stampante. 

• Stampanti FFF
  • Stampanti Cartesiane
  • Stampanti CoreXY
  • Stampanti Delta
  • Stampanti Polar
• SLA (Stereolitografia)
  • Stereolitografia mascherata (MSLA)
  • Stereolitografia (SLA)
  • Elaborazione diretta/digitale della luce (DLP)
• SLS (Sinterizzazione laser selettiva)

Stampanti FDM/FFF

FDM è l'acronimo di Fused Deposition Modeling (marchio registrato da Stratasys) e FFF sta per Fused Filament Fabrication (open source). Comprende tutte le stampanti 3D, che riscaldano/fondono i polimeri e li spingono attraverso un ugello/estrusore/testina di stampa su una piattaforma, dove viene costruito il modello. Il materiale per la stampa è fornito come bobine di filamento di 1,75 mm o occasionalmente di 2,85 mm di diametro. Le differenze tra i tipi di stampanti in circolazione stanno nel modo in cui l'estrusore e la piattaforma di stampa si muovono per creare i modelli. 

Stampanti Cartesiane

Le stampanti cartesiane sono caratterizzate da almeno tre motori che muovono le parti della stampante lungo gli assi del sistema di coordinate cartesiane: Y (avanti e indietro), X (sinistra e destra), e Z (su e giù). La maggior parte delle stampanti domestiche sono stampanti cartesiane perché sono molto diffuse e a basso costo.

Il modello da stampare deve essere "affettato" in strati per la stampa. Gli assi Y e X definiranno le coordinate da stampare in uno strato, e una volta che lo strato è pronto, l'asse Z farà muovere l'ugello di uno strato verso l'alto, spostando il piano di stampa o l'estrusore. Se sono presenti delle sporgenze, è possibile aggiungere dei supporti sotto di esse.

Il più grande vantaggio delle stampanti cartesiane è il fatto che sono molto diffuse. Online si trovano molti suggerimenti, trucchi e soluzioni per i problemi. Anche le parti per la stampante possono essere trovate facilmente.

Il rovescio della medaglia è che le stampanti cartesiane, se usate per stampe più veloci, avranno una qualità di stampa inferiore a causa del peso degli assi. Inoltre, di solito, il volume della stampante è molto più grande del volume di costruzione a causa del movimento di tutti gli assi.

Stampanti CoreXY

Come le stampanti cartesiane, anche il design CoreXY ha le coordinate latitudinali e longitudinali determinate da due motori e cinghie dentate sugli assi Y e X, e l'altezza di stampa determinata dall'asse Z. La differenza del Core XY è che il movimento X e Y è dipendente l'uno dall'altro, fatto da un design di cinghia molto specifico. La superficie di stampa, in questo caso, sarà sollevata per incontrare l'estrusore. Si noti che non solo il piano di stampa mobile caratterizza una stampante CoreXY. Il tratto che definisce il tipo di stampante è il design delle cinghie XY e il loro movimento.

Poiché gli assi X e Y sono molto più leggeri, le stampe più veloci non avranno gli artefatti che possono apparire su stampe veloci su stampanti cartesiane. Il design permette anche di avere una percentuale molto più grande del suo volume complessivo come volume di costruzione, dato che non è necessario che la superficie di stampa si muova lateralmente.

Le cinghie usate nelle stampanti CoreXY sono molto più lunghe, il che rende ogni problema di cinghia più importante rispetto alle stampanti cartesiane. Il loro percorso complicato rende anche questi problemi più difficili da riparare. Il telaio deve essere molto stabile e perfettamente quadrato, altrimenti la precisione dimensionale sarà minore.

Stampanti Delta

Nelle stampanti Delta, la superficie di stampa sta ferma, e tre motori lavorano insieme per incontrarsi nell'hotend e muoverlo con le coordinate latitudinali e longitudinali, così come l'altezza di esso. Questi motori controllano tre montanti, e questi montanti sono collegati all'estrusore da bracci che sposteranno l'hotend. Il nome dello stile della stampante (delta = Δ) deriva dalla forma triangolare che formano i bracci che tengono l'hotend. Questo tipo di stampante è stato progettato per realizzare stampe più veloci.

L'estrusore della stampante Delta è molto leggero. Questo, combinato con i 3 motori che lo controllano, rende questa stampante ideale per stampe veloci. Questa stampante è stata una delle prime ad adottare il sistema a 32 bit a causa del complesso calcolo necessario per effettuare i movimenti. Parte dell' attrattiva della stampante è dovuta anche al suo aspetto accattivante mentre è in funzione. 

Le stampanti Delta hanno tutte una superficie di stampa relativamente piccola e circolare. Questo limita lo spazio di costruzione in modo significativo. L'alta velocità della stampante rende le stampe meno precise. Inoltre, è poco usata come stampante domestica, in quanto qualsiasi problema riscontrato può essere estremamente difficile da risolvere e riparare, non solo a causa del funzionamento complesso e della mancanza di informazioni, ma per la mancanza e il costo complessivo delle parti. La stampante necessita inoltre un estrusore Bowden per rendere l'estrusore leggero, il che può limitare il numero di filamenti che possono essere utilizzati.

Stampanti Polar

Questa stampante utilizza il sistema di coordinate polari, che ha i punti su una griglia circolare invece che sul quadrato come il sistema cartesiano. La piattaforma di stampa non solo si muove lateralmente, ma ruota anche. Questo consente all'estrusore di muoversi solo su e giù, e anche per una grande area di costruzione. Questa stampante ha un telaio molto leggero.

Questa tecnologia è ancora in fase di sviluppo. Questo rende la stampante molto costosa, e rende le parti e il supporto tecnico difficili da trovare quando si hanno problemi.

SLA

(Stereolitografia)

Il principio di base della stampa a polimerizzazione del vat è che un vassoio contenente liquido fotosensibile (resina) viene polimerizzato strato per strato, da una fonte di calore per realizzare l'oggetto.

Gli oggetti stampati sono quasi perfettamente lisci, incredibilmente dettagliati e gli strati sono quasi invisibili ad occhio nudo, con l'altezza minima dello strato che va da 25 a 100 micron. Il più grande svantaggio di questa tecnologia può essere una superficie di stampa più piccola e anche la tossicità delle resine liquide. Bisogna evitare che le resine tocchino la pelle ed evitare di inalare i vapori della resina.

Gli oggetti stampati non sono adatti all'uso immediato dopo la fine del lavoro di stampa perché tendono ad essere un po' morbidi e appiccicosi - il che è causato dalla resina residua non solidificata sulla superficie dell'oggetto. Si raccomanda di lavare l'oggetto in alcool isopropilico e di indurirlo ulteriormente con la luce UV.

Stereolitografia mascherata (MSLA)

La forma di ogni strato viene visualizzata come una maschera semi-trasparente su uno schermo LCD, e l'esposizione viene eseguita utilizzando un LED UV ad alte prestazioni. La luce UV può passare solo attraverso i pixel bianchi del display. A causa della risoluzione fissa del display LCD, gli oggetti stampati hanno una risoluzione XY fissa. Questo metodo polimerizza anche un intero strato alla volta, il che significa che non importa quanti oggetti ci siano sulla piattaforma di stampa.

Stereolitografia (SLA)

L'esposizione è effettuata da un raggio laser UV. Il raggio è controllato da due specchi e "disegna" ogni strato gradualmente. Il tempo necessario per solidificare un singolo strato dipende dalla dimensione dell'area che deve essere solidificata. In poche parole, più oggetti ci sono sulla piattaforma di stampa, più tempo richiede la stampa.

Elaborazione diretta/digitale della luce (DLP)

L'intero strato viene solidificato in una volta sola grazie a un proiettore digitale. Le aree che ricevono l'esposizione dal proiettore vengono solidificate. Il vantaggio di questo metodo è ovvio - ogni strato viene solidificato nella stessa quantità di tempo, non importa quanti oggetti ci siano sulla piattaforma di stampa.

SLS

Sinterizzazione laser selettiva

Un altro tipo di tecnologia di stampa 3D è SLS e DMLS, che usano un processo chiamato sinterizzazione. Essenzialmente, ogni volta che viene stampato un nuovo strato, un cilindro sparge un sottile strato di polvere fine sulla piattaforma, che viene poi sinterizzato con un laser nella forma richiesta. Quando la stampa è finita, l'intero oggetto è coperto dalla polvere di stampa. Per il funzionamento di questo metodo, gli oggetti stampati devono avere dei fori, attraverso i quali la polvere in eccesso viene riversata fuori. Il materiale non sinterizzato può essere riutilizzato per le stampe successive, il che significa che si spreca pochissimo materiale. Un altro vantaggio è il fatto che gli strati sono quasi invisibili. Queste stampanti non sono molto diffuse tra gli utenti comuni. A causa del loro uso principale in varie industrie, i prezzi sono notevolmente più alti - le macchine più economiche partono da circa 6000 USD.

Ci sono altri tipi di tecnologia e design in circolazione, come il "Jetting" o le stampanti di cemento e metallo, utilizzando vari metodi. Poiché questi sono per lo più riservati ad applicazioni industriali a causa del prezzo e dei brevetti, non sono inclusi qui.