Stampa FDM: Cos’è FDM?

Stampa 3D

La tecnologia FDM è molto utilizzata in diversi settori. In questo articolo sulla stampa FDM: Cos’è l’FDM, ti spiegheremo cos’è l’FDM, come funziona, quali sono i suoi componenti e i filamenti compatibili. Tratteremo anche il processo passo dopo passo, i suoi pro e contro, i problemi più comuni e come si risolvono i problemi. Quindi leggi bene l’articolo per scoprire come migliorare le tue stampe.

Introduzione alla stampa FDM

L’FDM è la tecnologia più utilizzata in gran parte dei settori e vanta il maggior numero di stampanti 3D in tutto il mondo. È probabilmente il primo processo a cui si pensa quando si sente il termine “stampa 3D”.

Che cos’è la stampa FDM?

Il Fused Deposition Modeling è un processo mediante il quale gli oggetti vengono realizzati sovrapponendo strati di materiale. In questo processo si utilizzano filamenti termoplastici. Il filamento viene inserito nell’estrusore che a sua volta lo posiziona dove deve andare in ogni strato per ottenere il modello o la stampa.

La stampa FDM si avvale di un metodo fondamentale chiamato produzione additiva (AM). Questo metodo è l’esatto opposto della produzione tradizionale, la quale è sottrattiva e prevede la rimozione di pezzi di un blocco di materiale per ottenere la stampa.

Comprendere il processo FDM

Il meccanismo di funzionamento della stampa FDM è semplice. Esso consiste nello stratificare gradualmente il filamento fuso che passa attraverso l’estrusore sulla piattaforma di costruzione, fino a formare un pezzo stampato. Tuttavia, per prima cosa è necessario inserire il file del progetto di stampa in modo che la macchina FDM possa convertirlo in dimensioni fisiche.

Una volta che il progetto è pronto, il passo successivo prevede di inserire un rocchetto di filamento nella stampante. Una volta che l’ugello ha raggiunto la temperatura appropriata, la stampante alimenta il filamento attraverso una testa di estrusione e un ugello.

La testa dell’estrusore è collegata a un dispositivo a tre assi. Così si muove lungo gli assi X, Y e Z. La stampante spinge fuori piccoli fili di filamento fuso e li deposita strato dopo strato lungo un percorso stabilito dal progetto.

Vantaggi della stampa FDM

  • È possibile utilizzare forme e cavità complesse.
  • È piuttosto pulito, facile e si presta all’uso in ufficio.
  • È conveniente e aiuta a contenere i costi di produzione.
  • Riduce i tempi di produzione e i prodotti arrivano sul mercato più velocemente.
  • I materiali termoplastici utilizzati nell’FDM sono stabili sia meccanicamente che dal punto di vista dell’ambiente.

La tecnologia FDM spiegata

Ormai conosci già il meccanismo di stampa FDM, come ti abbiamo spiegato in precedenza. Per comprendere appieno il processo, devi acquisire familiarità con i suoi componenti.

Componenti della stampante FDM

Le stampanti FDM sono costituite da alcune parti fondamentali che lavorano insieme per portare a termine il processo di stampa. Vediamo quali sono i componenti di una stampante FDM:

Estrusore

L’estrusore è il punto in cui va inserito il filamento. È dotato di un’estremità fredda per introdurre i filamenti e di un’estremità calda per fonderli. Il filamento fuso viene poi spinto da un motore verso un piccolo ugello che lo espelle sul piano di stampa a strati per realizzare modelli 3D.

Piano di costruzione

Il piano di costruzione è una superficie piatta dove l’ugello deposita il filamento per ottenere la stampa 3D. Solitamente, la piastra è un supporto riscaldato che mantiene una certa temperatura tra gli strati durante tutta la durata del processo di stampa per una migliore adesione tra gli strati e la piastra. Questi piani riscaldati riducono anche il rischio di deformazioni e possono muoversi dall’asse X a quello Y per rispondere alle dimensioni dell’oggetto. Perciò, acquista il miglior piatto di stampa per ottenere stampe 3D di qualità.

Filamento

La stampa FDM usa materiali termoplastici di livello industriale, come l’ABS e il PETG, trasformati in un filo lungo e sottile arrotolato in una bobina. Prendendo in considerazione la tua stampante FDM, il diametro del filamento può essere compreso tra 1,75 mm e 3 mm. Sfrutta le diverse varianti dei filamenti e personalizzali per scatenare la tua creatività.

Sistema di controllo

Il sistema di controllo della stampante FDM controlla la procedura di stampa. È dotato di un microcontrollore che interpreta i comandi del modello, controlla la temperatura del piano di stampa e dell’estrusore, regola il movimento dei motori e monitora altri parametri stabiliti.

Materiali utilizzati nella stampa FDM

Non tutti i tipi di filamenti sono compatibili con le stampanti FDM. Ecco un elenco dei filamenti di livello industriale maggiormente compatibili con le stampanti FDM.

Tipi di filamento comuni

PLA

L’Acido Polilattico, detto anche PLA, è uno dei filamenti FDM più utilizzati grazie alla sua ridotta percentuale di deformazione, alla semplicità di stampa, alla finitura lucida e all’emissione minima di odori durante il processo di stampa. I produttori utilizzano la canna da zucchero e l’amido di mais come materie prime per la produzione del PLA. Questo filamento è disponibile in numerosi colori vivaci per stampare modelli e prototipi.

ABS

L’Acrilonitrile Butadiene Stirene è un materiale termoplastico di livello industriale rinomato per la sua durata, l’elevata resistenza al calore e agli urti. Per l’ABS è necessario utilizzare un piano riscaldato per ridurre le deformazioni e tecniche di post-elaborazione per ottenere stampe lucenti. Questo filamento è particolarmente apprezzato per stampare componenti funzionali, quadri elettrici e parti di automobili.

PETG

Un altro filamento compatibile per la stampa FDM è il PETG, che unisce i vantaggi del PLA e dell’ABS rendendolo resistente, durevole e trasparente. Il PETG vanta un’elevata resistenza agli agenti chimici e agli urti, ragione per cui è la scelta ideale per realizzare apparecchiature mediche, modelli da esposizione, contenitori per alimenti, bottiglie e molto altro ancora.

TPU

Il TPU viene utilizzato prevalentemente per realizzare cerniere, custodie per telefoni e calzature grazie alle sue proprietà di flessibilità e di assorbimento degli urti. Presenta le stesse proprietà della gomma, ma il suo livello di durezza varia da duro a rigido ed elastico a morbido.

ASA

L’ASA è una forma modificata dell’ABS che presenta numerose proprietà simili, ma offre una migliore resistenza ai raggi UV, agli urti e agli agenti atmosferici. Vanta una migliore resistenza chimica e al calore, oltre a un’ottima resistenza meccanica, quindi è ottimo per stampare parti funzionali, componenti per l’automotive, applicazioni esterne, segnaletica e altro ancora.

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Processo di stampa FDM passo dopo passo

In questa sezione illustreremo passo dopo passo il processo di stampa FDM per realizzare stampe 3D di alta qualità.

Preparare il modello 3D

Innanzitutto, ti serve un modello 3D ed è qui che la maggior parte delle persone commette alcuni errori che si traducono in stampe 3D di scarsa qualità. Tieni a mente le due cose che troverai qui di seguito per preservare la tua stampa.

Considerazioni sul progetto

Per quanto riguarda la progettazione dei modelli, spesso si commettono alcuni errori piuttosto comuni, come utilizzare strutture di supporto non necessarie e non orientate, che a loro volta determinano uno spreco di tempo e di filamento. Se lo spessore delle pareti non è preciso, la stampa diventa fragile. Quindi, prima di stampare, è bene tenere a mente le seguenti considerazioni sulla progettazione.

  • Riduci le sporgenze con angoli graduali
  • Lascia alle parti in movimento le distanze e le tolleranze adeguate.
  • Prevedi smussature e filetti
  • Controlla la dissipazione del calore
  • Migliora l’adesione degli strati
  • Usa le tecniche di post-elaborazione
  • Non progettare nulla che vada oltre le capacità della stampante.

Usare un software CAD per creare i modelli

Per creare e modificare i progetti, utilizza un software CAD. Per questo motivo, prendi confidenza con gli strumenti e l’interfaccia del software. Metti in scala il modello correttamente per garantire le dimensioni di stampa adeguate ed evitare deformazioni. Prova gli strumenti di disegno 2D per realizzare la forma di base della stampa e poi trasformala in un modello 3D. Utilizza il software per realizzare i dettagli. Aggiungi caratteristiche al progetto e modificane le dimensioni. Vai allo strumento di analisi per verificare la presenza di errori e apportare modifiche. Scegli il giusto formato di file per salvare il modello e trasferirlo allo slicer. Stabilisci i parametri di stampa per ottenere i codici G e caricali nella stampante per iniziare la stampa.

A questo punto devi controllare frequentemente la stampa e risolvere i problemi se necessario.

Fare lo slicing del modello

Adesso che hai un modello, è il momento di passare allo slicing con un Software Slicer. Questo software stima la quantità di filamento necessaria e calcola il percorso per produrre la stampa.

Panoramica del software Slicer

Uno slicer, come si evince dal nome, taglia il modello 3D a strati sottili (0,1-0,3 millimetri). Il software genera codici G o un lungo elenco di istruzioni che stabiliscono il percorso dell’estrusore. Secondo le istruzioni, l’estrusore espelle il filamento a strati per creare la stampa. Lo slicer stima anche la densità di riempimento, la temperatura e la velocità di stampa necessarie.

Regolare le impostazioni dello slicer

Per apportare alcune modifiche, basta aprire il software e modificare i parametri impostati. Nel frattempo, pensa alla qualità di stampa desiderata, alle peculiarità del modello e alle proprietà del filamento. Fai qualche prova finché non trovi le impostazioni giuste.

Caricare il filamento e calibrare la stampante

Procedure di caricamento del filamento

Leggi il manuale della stampante. Preriscalda la stampante e taglia le estremità del filamento prima di inserirlo nell’estremità fredda. Qui il filamento si scioglie e scorre verso l’ugello dopo aver raggiunto l’estrusore.

Livellamento del piano e calibrazione dell’ugello

Usa uno strumento per livellare o un foglio di carta per regolare le manopole del piano di costruzione e avvicinarlo o allontanarlo dall’ugello. È necessario ripetere questo processo per tutti i punti della piastra per assicurarsi che l’ugello sia livellato correttamente. Per calibrare l’ugello, controlla la distanza tra l’ugello e i diversi lati della piastra di costruzione.

Avviare la stampa

Se tutte le istruzioni sono corrette, puoi iniziare la stampa.

Inviare il progetto alla stampante

Trasferisci i codici G alla stampante tramite la connessione di rete o una scheda SD e scegli il file del modello da stampare.

Monitorare l’avanzamento della stampa

Occorre monitorare attivamente l’intero processo di stampa, poiché problemi come deformazioni, scarsa adesione degli strati o inceppamenti del filamento sono frequenti in questa fase di stampa. Se ciò dovesse accadere, apporta le modifiche necessarie per ottenere stampe di qualità.

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Vantaggi della stampa FDM

La stampa FDM offre diversi vantaggi in diversi ambiti. In questa sezione discuteremo dei vantaggi offerti da questa tecnologia.

Versatilità e grande varietà di applicazioni

L’FDM trova applicazione in diversi ambiti, dalla prototipazione alla ricerca. Di seguito analizzeremo alcune di queste applicazioni.

Prototipazione

L’FDM offre tempi rapidi, consentendo una veloce iterazione e una rapida prototipazione dei progetti. Accelera il ciclo di sviluppo del prodotto e riduce i tempi di commercializzazione.

Fabbricazione e produzione

La tecnologia FDM evita le problematiche produttive della produzione tradizionale e favorisce una prototipazione più rapida e l’utilizzo di geometrie complesse nella progettazione dei modelli.

Istruzione e ricerca

I ricercatori e gli studenti possono progettare e creare modelli fisici, valutare i concetti di design e apportare le opportune modifiche grazie a questa tecnologia. È un ottimo metodo di apprendimento perché gli studenti possono dare sfogo alla loro creatività con i loro progetti.

Convenienza e accessibilità

Convenienza delle stampanti FDM

Queste stampanti sono disponibili in diverse categorie. È possibile acquistare una stampante entry-level per poche centinaia di euro, oppure, se si desiderano modelli avanzati con le migliori caratteristiche, il costo può raggiungere i 10.000 euro o più.

Disponibilità dei filamenti

L’ASA, il TPU, il PLA e il PETG sono alcune tra le migliori alternative di filamento per le stampanti FDM e l’aspetto migliore è che sono facilmente reperibili. Basta utilizzare un filamento di qualità che sia adatto al tuo modello per ottenere stampe di altissimo livello.

Limiti e sfide

Sebbene la tecnologia di stampa offra molti vantaggi, non possiamo ignorare alcuni suoi limiti. Grazie ad alcuni suggerimenti e trucchi, è possibile superare queste limitazioni. Qui di seguito riportiamo le sfide più comuni che le persone riscontrano in fase di stampa.

Linee di livello e finitura di superficie

La superficie ruvida e le linee visibili degli strati sono i primi problemi di questo tipo di stampa. L’estetica della stampa ne risente.

Minimizzare le linee dei livelli

Per eliminare questo problema, usa un ugello piccolo, regola la velocità di stampa e la temperatura e abbassa l’altezza dello strato. Migliora il sistema di raffreddamento per ridurre il riscaldamento e migliorare l’adesione degli strati.

Tecniche di post-elaborazione

Per una migliore finitura della superficie, applica tecniche di post-elaborazione come la levigatura per uniformare la granulosità. Per ottenere una stampa uniforme, lucidala con carta vetrata. I fumi di acetone o prodotti simili sono ottimi per ottenere una finitura liscia.

Precisione dimensionale e tolleranza

È importante assicurare la precisione dimensionale e la tolleranza per ottenere prototipi funzionali che soddisfino i tuoi criteri. Esistono però alcuni fattori che possono creare problemi e rovinare la stampa:

Fattori che influenzano la precisione dimensionale

Diametro del filamento inadeguato, cattivo sistema di raffreddamento, deformazione, temperatura errata dell’estrusore e restringimento possono compromettere la precisione dimensionale della stampa. Anche l’altezza dello strato, la velocità di stampa e la cattiva adesione possono creare questo problema.

Calibrazione e rifinitura

La calibrazione e la regolazione della stampante possono aiutare a risolvere questo problema. Livella il piano di stampa per migliorare l’adesione dello strato e regola l’altezza dello strato. Correggi le impostazioni dell’estrusore per evitare eventuali errori dimensionali. Verifica che il flusso sia accurato e calibra la velocità e la temperatura di stampa.

Sporgenze e strutture di supporto

Le sporgenze senza supporto possono provocare la rottura della stampa. Strutture di supporto eccessive durante la stampa di una stampa complessa possono allungare i tempi della stampa. Inoltre possono lasciare segni rendendo la superficie ruvida.

Cosa fare con le sporgenze

Utilizzando strutture di supporto temporanee si limita questo problema. Lo slicer può creare questi supporti oppure puoi aggiungerli tu stesso per ridurre la distorsione della stampa. Dopo aver completato la stampa, puoi rimuoverli.

Tipi di strutture di supporto

Support structures come in different types such as tree support to lower filament wastage. This structure is easy to remove too. If the print needs robust support, go for dense support though removing it might be a little difficult. Another type of structure is called custom supports where you can place supports where necessary.

Risoluzione dei problemi e suggerimenti per stampe FDM ottimali

Problemi comuni e soluzioni

Stampare con la tecnologia FDM comporta alcuni problemi che non sono molto diversi da quelli della stampa tradizionale. Tra questi, i problemi più comuni sono:

Problemi di deformazione e cattiva adesione al piano

Questi due problemi si presentano soprattutto quando il filamento non aderisce se il piano non è riscaldato adeguatamente o se l’adesione dello strato è scarsa. La soluzione consiste nell’utilizzare un letto riscaldato. Anche le coperture, i supporti e il materiale adesivo aiutano a risolvere questo problema. Verifica la temperatura e la velocità di stampa e pulisci sempre il piano di costruzione prima di stampare.

Incordatura e gocciolamento

Il filamento residuo può continuare a colare anche nei movimenti in cui non è prevista la stampa, causando la formazione di incordature e di colature. Le cause possono essere un letto non ben livellato, una velocità di stampa elevata o una temperatura di estrusione troppo alta.
Perciò, calibra le impostazioni di ritrazione e regola la velocità e la temperatura di stampa per ridurre il problema.

Inceppamenti del filamento e problemi di estrusione

Se la temperatura dell’estrusore è errata o il filamento ostruisce ugello, si verifica questo problema. Anche l’inserimento non corretto del filamento può causare inceppamenti. Per evitare che ciò si verifichi, pulisci sempre l’ugello o cambialo se necessario, utilizza un filamento di alta qualità e inseriscilo nel modo giusto. Calibra la velocità di stampa e trova la giusta temperatura di stampa.

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I migliori suggerimenti per l’ottimizzazione

Considerazioni sulla velocità di stampa e sull’altezza dello strato

Problemi quali la deformazione e l’incordatura si verificano perché l’altezza dello strato non è corretta o perché la velocità di stampa necessita di una regolazione. Stampare troppo velocemente nel caso dei modelli complessi significa scendere a compromessi con i dettagli del progetto, quindi è meglio rallentare la velocità per migliorare i dettagli. Fai qualche prova per trovare la velocità giusta.
Gli strati spessi possono essere stampati più velocemente ma comportano un compromesso con i dettagli più minuti. Al contrario, gli strati più sottili sono ottimi per i piccoli dettagli, ma richiedono molto tempo. Trova l’altezza del livello più adatta alle tue esigenze di stampa.

Impostazioni della temperatura e raffreddamento

I filamenti presentano punti di fusione diversi. Di conseguenza, alcuni di essi stampano meglio ad alta velocità e viceversa. Leggi il manuale del filamento per trovare la giusta temperatura. Il piano di lavoro riscaldato favorisce una migliore adesione degli strati. Quindi, preriscalda il letto di stampa alla temperatura appropriata per il tuo filamento.
Il corretto raffreddamento degli strati è fondamentale per evitare che si formino incordature e sbavature. Usa le ventole di raffreddamento per evitare surriscaldamenti, in modo che i filamenti si induriscano più velocemente.

Considerazioni sulla progettazione

Scopri come scegliere il filamento più adeguato seconda del progetto e della complessità della stampa. Anche lo spessore delle pareti deve essere adeguato al progetto. Se necessario, utilizza strutture di supporto e, per ottenere una superficie più liscia, considera l’orientamento della stampa.

Domande Frequenti

Che cos’è una stampante FDM?

La Fused Deposition Modeling è una tecnica di stampa 3D moderna inventata nel 1989.

Qual è la differenza tra l’FDM e il PLA?

L’FDM è una tecnologia di stampa mentre il PLA è un filamento utilizzato per creare stampe 3D.

Perché l’FDM è migliore?

L’FDM è un processo di stampa 3D avanzato e veloce, conveniente, che consente di ottenere stampe di qualità ed è compatibile con numerosi filamenti.

Che cos’è una stampante FDM o SLS?

FDM vuol dire Fused Deposition Modeling (modellazione a deposizione fusa) e SLS vuol dire Selective Laser Sintering (sinterizzazione laser selettiva). Entrambe sfruttano la stessa tecnologia di produzione additiva, ma a differenza delle stampanti FDM, le stampanti SLS utilizzano il laser per sinterizzare selettivamente i materiali in polvere anziché i filamenti termoplastici fusi.

Quali sono i punti a sfavore della stampa FDM?

Finitura superficiale ruvida, incordatura e gocciolamento, deformazione e restringimento sono alcuni degli inconvenienti più comuni della stampa FDM.

Per cosa è adatta la stampa FDM?

Questa tecnologia offre diverse applicazioni quali maschere e attrezzature, prototipi, modelli architettonici e altro ancora.

La stampa FDM offre numerosi vantaggi ed è difficile elencarli tutti in questo articolo. Grazie a questa tecnologia, il processo di stampa è diventato molto più veloce, facile ed efficiente dal punto di vista dei costi. Ha rivoluzionato il settore della prototipazione e della produzione.

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