Parti della stampante 3D: Componenti e funzioni essenziali

La stampa FDM è uno dei metodi di stampa 3D più popolari, che sfida e ispira milioni di creativi a produrre modelli 3D affascinanti, rivoluzionando molti settori come quello sanitario e aerospaziale. In questo articolo parleremo delle diverse parti della stampante 3D e del loro funzionamento. Inoltre, vi spiegheremo come potete migliorare la funzionalità della vostra stampante e ottimizzare le vostre stampe 3D.

Introduzione

I principianti spesso trovano difficoltà a produrre stampe 3D di qualità perché non hanno ancora acquisito familiarità con le parti della stampante 3D. Una migliore conoscenza di queste parti aiuta nel processo di risoluzione dei problemi, che è importante per stampare modelli di qualità.

Capire come livellare correttamente il piano di stampa consente di avere una migliore adesione del piano, eliminando le possibilità di errore di stampa. Analogamente, conoscere gli estrusori, i motori passo-passo e l’hotend vi aiuta a capire quali sono le impostazioni precise per ottenere stampe 3D di qualità. Le vostre conoscenze di elettronica e firmware vi consentono di mettere a punto, personalizzare e migliorare le prestazioni della stampante.

Qui di seguito abbiamo suddiviso i componenti della stampante 3D in quattro categorie di cui parleremo approfonditamente nell’articolo.

1. Scheda Madre
2. Assi
3. Elementi Riscaldanti
4. Caratteristiche Aggiuntive

Scheda Madre

Il controller centrale: Spiegazione della scheda madre

Il controller centrale è il cuore della stampante 3D. È collegato a tutti i componenti elettrici di una stampante 3D. Tra le parti principali della scheda di controllo ricordiamo:

Processore

Esso si occupa di convertire i codici del software in istruzioni che la stampante può comprendere. Questi processori generalmente sono a 8 o 32 bit. Alcune schede madri sono progettate per consumare meno energia e lavorare in modo efficace senza produrre rumori fastidiosi, come la Creality CR-200B scheda madre silenzioza.

Connettori

Qui è dove vengono collegate tutte le parti elettroniche della stampante 3D sotto forma di connettori DuPont, morsettiere o USB.

Stepper driver

Una stampante 3D standard ha quattro stepper driver: uno per l’estrusore di filamento e gli altri tre per gli assi (x, y e z) che regolano la potenza e la distribuiscono alle diverse bobine del motore passo-passo. Ecco come ruotano i motori.

Comunicazioni

I vostri comandi devono essere trasformati in codici G e poi inviati alla stampante in modo che possa eseguirli. Potete inviare questo programma tramite scheda SD o tramite WIFI.

Firmware ed istruzioni

Il firmware è una parte della scheda madre che gestisce la parte operativa di una stampante occupandosi di gestire i diversi componenti durante il processo. È un software che funge da intermediario tra il software dello slicer e l’hardware della stampante, inviando i codici G dal primo al secondo.

Il firmware gestisce le seguenti funzioni fondamentali

Movimenti del stepper motor

Il firmware interpreta le istruzioni fornite tramite i codici G e gestisce i movimenti dei stepper motori degli assi X, Y e Z.

Regolazione della temperatura

Per ottenere stampe di qualità, è necessario stampare alla giusta temperatura. Il firmware controlla la temperatura dell’hotend e del piano riscaldato. In questo modo l’estrusore fonde correttamente il filamento.

Livellamento del piano

Per una migliore adesione del filamento è necessario assicurarsi che il piano di costruzione sia livellato correttamente. In questo senso, anche il firmware gioca un ruolo importante, in quanto consente di attivare le funzioni di livellamento manuale e automatico. Tuttavia, non tutte le stampanti 3D sono dotate della funzione di auto-livellamento e molti di noi la trovano un po’ scomoda. In questo caso, è possibile acquistare un kit di livellamento automatico del letto per evitare alcuni problemi.

Ventole di raffreddamento

Regolate le ventole di raffreddamento affinché gli strati di stampa si raffreddino in modo uniforme, riducendo il rischio di deformazioni.

Funzionalità di sicurezza

Il firmware consente inoltre di rilevare l’arresto di fine corsa e la protezione contro gli sbalzi termici.

L’importanza di una scheda madre che funziona correttamente

La scheda madre è dove vengono elaborati tutti i processi più importanti. Una scheda madre che funziona correttamente assicura i giusti movimenti del motore e la corretta implementazione del codice G, limita gli errori di stampa e assicura un ambiente sicuro per la stampa. Migliora la qualità della stampa, incorpora funzioni di sicurezza e continua ad aggiornare il firmware. Così facendo, gli utenti possono personalizzare alcune funzioni e ottimizzare le impostazioni, consentendo loro di esplorare tutte le potenzialità della stampante.

Assi

Conoscere i vari assi di una stampante 3D

X, Y e Z sono gli assi su cui lavora principalmente una stampante 3D. L’asse X opera sui movimenti orizzontali della stampante, mentre l’asse Y corrisponde ai movimenti avanti e indietro della testina di stampa.

L’asse Z permette alla testina di stampa di muoversi in verticale estrudendo il filamento a strati.

È fondamentale comprendere il meccanismo di funzionamento degli assi per capire appieno il funzionamento della stampante. In questo modo potrete riadattare il vostro progetto, calibrare i parametri impostati e imparare la corretta manutenzione per ottimizzare la qualità di stampa.

Estrusori: Movimento, caricamento ed estrusione del filamento

Qui è dove il filamento inserito si fonde e si estrude in strati per formare un oggetto. È composto da diversi componenti che caricano e muovono il filamento per fonderlo ed estruderlo. Qui di seguito sono elencati i componenti dell’estrusore della stampante 3D:

Ugello: è una piccola apertura da cui fuoriesce il filamento fuso. Questi ugelli anno dimensioni diverse e, a seconda delle dimensioni, la risoluzione di stampa può variare così come la velocità di stampa.

Blocco riscaldante: La resistenza del blocco riscaldante fonde correttamente il filamento inserito.

Heatbreak: Come si evince dal nome, questo componente si occupa di impedire che il calore passi e salga verso l’alto. Questo componente della stampante 3D si trova tra il cold end ed il blocco riscaldante. Grazie a questo componente, il filamento non si intasa.

Cold end: Forse lo conosci con il nome di caricatore di filamenti, in quanto trasporta il filamento verso l’hot end, mantenendo una pressione costante sul filamento per un’estrusione più omogenea.

Stepper motor: La parte della stampante 3D si occupa di trasferire il filamento attraverso il gruppo estrusore in modo preciso.

Ventola di raffreddamento: L’estrusore della vostra stampante potrebbe essere provvisto di ventole di raffreddamento per raffreddare uniformemente gli strati di filamento estrusi ed evitare che si deformino.

Assi X, Y e Z: Dare forma al modello stampato

Come già menzionato, l’asse X si muove da destra a sinistra e da sinistra a destra. Controlla il piano di costruzione o la testina di stampa insieme alla direzione X a seconda del tipo di stampante. Se la testina di stampa si sposta verso la parte destra del modello, stampa proprio quella parte e lo stesso vale anche per la parte sinistra.

L’asse Y gestisce il movimento orizzontale della testina di stampa che si sposta dalla parte posteriore a quella anteriore e viceversa. Di conseguenza, quando la testina di stampa si sposta in avanti, stampa la parte anteriore del modello e lo stesso avviene per la parte posteriore.

L’asse Z controlla l’altezza del modello in quanto regola lo spostamento verso l’alto e verso il basso della testina di stampa o del piano di costruzione. Con il movimento verticale, l’ugello deposita strato dopo strato di filamento fuso per dare alla stampa l’altezza desiderata.

Quando i tre assi si muovono in direzioni diverse, stampano i diversi lati del modello per ottenere la forma desiderata. A seconda del progetto digitale della stampa e delle istruzioni codificate, la stampante muove gli assi X, Y e Z mentre l’ugello estrude i filamenti fusi in strati precisi per formare il modello di stampa.

Schede di controllo: Interpretare le istruzioni e controllare i motori

Il ruolo di queste schede di controllo è quello di interpretare i segnali e i comandi del motore affinché possano essere trasmessi per regolare i movimenti delle parti o dei componenti della stampante 3D. L’interfaccia delle schede driver riceve i comandi del codice G e si occupa di controllare il movimento del motore di conseguenza.

Esse trasformano le istruzioni del codice G in segnali elettrici e li trasferiscono ai motori passo-passo che poi regolano l’alimentazione dei motori gestendone la posizione e la rotazione. Sono dotate di interruttori limite, fine corsa, tandem ed encoder per gestire con precisione il movimento evitando le collisioni.

Elementi riscaldanti

I principali elementi riscaldanti di una stampante 3D

Solitamente, una stampante 3D è dotata di cinque elementi di riscaldamento fondamentali, alcuni dei quali potreste già conoscerli grazie agli articoli precedenti. L’hotend è il primo elemento di riscaldamento in cui si trovano il blocco riscaldante e l’ugello per fondere il filamento. Il secondo è il letto riscaldato che mantiene calda la superficie di stampa affinché gli strati di filamento si attacchino bene al letto evitando il rischio di deformazioni. Il termistore del letto riscaldato è il terzo elemento di riscaldamento chiave, un sensore di temperatura che controlla la temperatura della superficie di stampa in modo da poterla regolare se necessario.

Il quarto elemento è una parte della stampante 3D ad alta potenza di riscaldamento chiamata cartuccia riscaldante. È un componente dell’hotend che fonde i filamenti. Infine, l’elemento riscaldante che tiene separata l’area calda dell’hotend da quella fredda è chiamato heatbreak.

Il letto: Preriscaldamento e mantenimento della temperatura

Tra i migliori materiali per il letto di stampa troviamo il PEI, il borosilicato, il vetro carborundum, o piastre flessibili magnetiche per una migliore rimozione della stampa e una notevole adesione che riduce il rischio che la stampa si stacchi dal piano o si deforma. È importante riscaldare il letto di stampa prima di stampare e mantenere una determinata temperatura durante l’intero processo. Il filamento aderisce meglio alla superficie riscaldata, creando una base solida per la stampa. Mantenere una temperatura costante durante la stampa assicura che uno strato aderisca perfettamente all’altro. Sebbene alcuni filamenti non necessitino di un letto riscaldato, la maggior parte di essi ne ha bisogno. Se il letto non è riscaldato, gli strati di filamento si raffreddano più velocemente e ciò si traduce in una scarsa adesione degli strati. Questo può portare alla deformazione della stampa o alla separazione degli strati, riducendo la resistenza meccanica del modello.

L’hotend: Fondere il filamento per l’estrusione

A seconda del filamento occorre impostare la temperatura dell’estrusore. L’hotend è normalmente composto da una resistenza a cartuccia, un elemento riscaldante e un ugello. L’elemento riscaldante incrementa la temperatura dell’hotend fino al punto di fusione del filamento. L’estrusore è dotato di due estremità, una calda e una fredda. È necessario far passare il filamento attraverso l’estremità fredda, che verrà poi trasportato nell’estremità calda per essere fuso. L’ugello poi estrude il filamento fuso sul letto di stampa per realizzare la stampa.

Consigli per scegliere l’hotend giusto

Per scegliere l’hotend giusto, ricordatevi dei seguenti suggerimenti

• Verificate che sia compatibile con la vostra stampante.
• Verificate l’intervallo di temperatura dell’hotend per assicurarvi che possa fondere il filamento scelto.
• A seconda delle vostre esigenze di stampa, scegliete l’ugello della dimensione giusta.
• Verificate il tempo di riscaldamento dell’hotend, poiché un riscaldamento rapido aumenta l’efficienza.
• Acquistate presso un marchio riconosciuto per assicurarvi un hotend duraturo e resistente.
• Consultate sempre le recensioni relative al prodotto per assicurarvi che funzioni come promesso e che sia affidabile.

Funzionalità e aggiornamenti aggiuntivi

Migliorare la funzionalità della stampante 3D

Effettuando alcuni miglioramenti e modifiche potete migliorare le funzionalità della stampante 3D. Per fare ciò, doveti eseguire le seguenti operazioni:

1. Per accelerare le prestazioni della stampante, installate stepper motori, letti di stampa e hotend di qualità.
2. Aggiornate il firmware della stampante quando è disponibile per approfittare delle nuove funzionalità.
3. Aggiungete funzioni extra come il sensore di filamento, il sensore di livellamento automatico del letto e la doppia estrusione.
4. Migliorate la soluzione di raffreddamento della stampante aggiungendo altre ventole.
5. Calibrate frequentemente la stampante per ottenere una migliore precisione di stampa.
6. Regolate le impostazioni dello slicer per ridurre gli sprechi di filamento e migliorare la qualità e la velocità di stampa.

Caratteristiche uniche di alcune stampanti

Alcune stampanti 3D sono provviste di livellamento automatico del letto, doppia estrusione o camera di stampa chiusa. Grazie al grande volume di stampa, alcune di esse possono stampare un modello di dimensioni maggiori in una sola volta. Il filamento è un’altra caratteristica unica che ti avvisa quando è necessario ricaricarlo. La connettività Wi-Fi e gli schermi touch LCD sono diventati una dotazione piuttosto comune, consentendo un controllo migliore e un’esperienza di trasferimento dei file più semplice.

Involucri per il controllo della temperatura

Anche gli utenti più navigati riscontrano difficoltà a stampare con filamenti ad alta temperatura come il copolimero di nylon, il PETG e l’ABS, poiché per ottenere stampe 3D di qualità si deve mantenere una determinata temperatura durante la stampa. Diversamente, la superficie di stampa diventa irregolare, si verificano problemi di estrusione e altri inconvenienti di stampa. Utilizzando una custodia si mantiene una temperatura di stampa costante, si evitano le fluttuazioni di temperatura e si protegge da polvere e detriti.

Filtri HEPA per filtrare le particelle

Lavorare con filamenti come l’ABS può essere pericoloso perché si producono fumi nocivi. La filtrazione HEPA è un modo per filtrare le particelle e i fumi nocivi prodotti durante il processo di stampa. Può intrappolare anche microparticelle e composti organici irregolari. La filtrazione HEPA può migliorare la circolazione dell’aria di una stampante riducendo i rischi per la salute.

Domande Frequenti (FAQ)

Quali sono i componenti essenziali di una stampante 3D?

Le parti della stampante 3D come il letto di stampa, l’hotend, la scheda madre, i motori passo-passo, la struttura e l’ugello sono alcuni dei componenti essenziali di una stampante 3D.

Come fa la scheda madre a controllare le operazioni della stampante?

Regolate il funzionamento della stampante traducendo i codici G inviati dallo slicer in comandi che la stampante può comprendere. La scheda madre controlla le ventole, i motori passo-passo, la temperatura e altre parti della stampante 3D in modo che operino in modo organizzato e preciso.

Come funzionano gli elementi di riscaldamento, come il letto e l’hotend?

Funzionano per resistenza elettrica generando calore quando la corrente attraversa il materiale resistivo della resistenza. Il calore dell’hotend scioglie il filamento e il letto, una volta riscaldato, aiuta gli strati di filamento ad aderire meglio alla superficie.

Si possono utilizzare ugelli di dimensioni diverse per rispondere a esigenze di stampa diverse?

Sì, a seconda delle vostre necessità di stampa e della complessità del disegno potete utilizzare ugelli di diverse dimensioni. Gli ugelli piccoli assicurano dettagli precisi e una migliore risoluzione di stampa e richiedono più tempo, mentre gli ugelli più grandi stampano più velocemente rendendo la superficie esterna del modello più ruvida.

Cosa bisogna considerare quando si sceglie un letto di stampa e una superficie di stampa?

Gli elementi che bisogna considerare quando si sceglie un letto di stampa e una superficie di stampa sono la compatibilità del filamento, la durata, l’adesività, il volume di costruzione della stampante e la facilità di rimozione della stampa.

In definitiva, le parti della stampante 3D svolgono un ruolo fondamentale per quanto riguarda la precisione e la funzionalità. Sapere come funzionano queste parti rende il processo di stampa più fluido, migliora la qualità di stampa e riduce la possibilità che si verifichino problemi di stampa.