Arch. Claudio Gasparini

Tablet School 2014

15/11/2014

Leone XIII - Milano

Non ci sono piu'

distinzioni fra disegno

artistico, disegno

tecnico, tavola

costruita con i codici

della Geometria

descrittiva, disegno

automatico, modello

informatico e modello

fisico. Sgabello Mezzadro, Achille e Pier

Giacomo Castiglioni, 1957, prod.

Zanotta (rendering C.Gasparini)

I tre movimenti della testa di stampa in una stampante 3D lungo gli assi X,Y,Z

Elaborazione C: Gasparini

1.1. Disegno e

Modellazione

1.2 Scanner

1.3 Fotografia e

fotogrammetria

2. Modifica,

correzione e

ottimizzazione

3. Presentazione

e Stampa

1. Abilità informatiche

2. Conoscenza di un sistema CAD

3. Conoscenza della geometria solida

4. Orientamento spaziale

5. Conoscenza di viste e sezioni

6. Sequenza di lavorazione

Strutturare processi logici

1.1. Disegno e

Modellazione

1.2 Scanner

1.3 Fotografia e

fotogrammetria

1. Comprendere le istruzioni

2. Seguire le istruzioni

3. Individuare gli errori

4. Correzione degli errori

5. Rispettare i limiti e le potenzialità

6. Scegliere la soluzione ottimale o meno

dispendiosa in termini di costi e di tempo

Valutare e attuare soluzioni

2. Modifica,

correzione e

ottimizzazione

1. Scegliere il materiale

2. Scegliere la tecnologia

3. Scegliere la precisione e la qualità

4. Scegliere e saper valutare i tempi

Attuare scelte e valutare il prodotto

3. Presentazione

e Stampa

Uno dei principali vantaggi associati all’uso dei sistemi CAD è quello

di poter costruire dei modelli con variabili (tipicamente dimensioni)

che possono essere successivamente variate senza dover ricostruire

l’intero modello

La modellazione NURBS è una modellazione basata sulle curve

che permette un controllo perfetto di quanto si va a creare.

La tecnologia NURBS (Non Uniform Rational B-Splines - B-Spline

razionali non uniformi) permette la creazione di curve e superfici

definite accuratamente nella forma.

SW: Rhino, Maya, Blender

Pro: molto preciso, simulazioni e calcoli, prototipazione

Applicazioni: settori del design, architettura, industria.

La modellazione poligonale genera superfici organizzate in maglie

di facce poligonali con diversi livelli di dettaglio.

Queste superfici di suddivisione possono solo approssimare

l'oggetto finale se con un basso livello di poligoni (in questo caso

caso l'oggetto viene detto Low Poly).

SW: 3DS Max

Pro: flessibile, adattabile

Applicazioni: video giochi, Film e TV, video professionali,

simulazione. Pixar, Lucas Film

La modellazione sculpting si avvicina molto al procedimento della

scultura con plastilina perché interattiva e graduale.

SW: ZBrush, Blender, 123D Sculpt

Pro: facile, plastico, approssimato. Non preciso

Applicazioni: facce, corpi, sculture digitali

La modellazione procedurale genera superfici mesh di facce

poligonali con livelli di dettaglio variabili.

Queste superfici di suddivisione possono approssimare l'oggetto

finale con un basso livello di poligoni (Low-Poly) o alto (High-Poly).

Procedural texturing: texture calcolata, es. legno

SW: Blender,

Pro: automatica, semi automatica, algoritmica, variabile

Applicazioni: casualità, autosimiliarità, ripetizione elementi, frattali,

terreni, simulatori fluidodinamici, vegetazione, capelli

La scansione tridimensionale mediante strumenti.

• Fotogrammetria - è un sistema abbastanza semplice e

economico,[36] che permette di acquisire forme a basso dettaglio.

Si utilizzano delle fotografie del soggetto prese da varie angolature

ed il software ricostruisce il modello.

• Sonda 3D a contatto (Tastatore) Usa un braccio meccanico

snodato che va a "tastare" il modello negli incroci di una griglia

segnata sulla sua superficie.

• Scansione Laser: il laser scanner 3D fornisce le coordinate

spaziali di una nuvola di punti appartenenti all'oggetto del rilievo.

Quale software usare ?

Sgabello per la mungitura, designer sconosciuto, autoproduzione Italia

Storia della stampa 3D

Nel 1983 Chuck Hull

stava sperimentando

dei rivestimenti per

superfici a contatto

con raggi ultravioletti

Storia della stampa 3D

Usando una classe di materiali definiti fotopolimeri riuscì a

solidificare degli strati attraverso il processo di stereolitografia

Ha brevettato il processo nel marzo 1986 con il titolo: “Apparatus for

Production of Three-Dimensional Objects by Stereolithography”

Chuck Hull inventore della stampa 3D e presidente di 3D Systems

Intervista di Chuck Hull alla CNN nel 2014

Nel 2006 (20 anni dopo) è scaduto il brevetto di FDM – Fused

deposition modeling (Modellazione a deposizione fusa )

Nel febbraio 2014 è scaduto il brevetto della tecnica della

sinterizzazione, (Selective Laser Sintering o SLS)

Come successo con le stampanti FDM, ora c’è da aspettarsi un

grande impulso nella produzione di stampanti SLS.

Brevetti scaduti

“E’ la scadenza dei brevetti che fa muovere

il mondo”

Anonimo

A livello individuale penso ci sia una sorta di grande necessità

repressa: nell'era del computer tutto è visibile solo su uno schermo o

in rete e col tempo abbiamo perso il senso del risultato tangibile.

La stampa 3D permette di convertire i modelli virtuali in oggetti

fisici in un maniera molto semplice.”

Chuck Hull inventore della stampa 3D

Le sfide della stampa 3D

“La grande sfida di questa tecnologia

è stato quello di stimolare la

creatività e trasformarla in

progettazione e produzione.

Intervista di Chuck Hull alla CNN nel 2014

Tecnologia della stampa 3D

La Stampa 3D è una tecnologia additiva cioè aggiunge il

materiale con procedimenti differenti , mentre la tecnologia

sottrattiva è tipica delle macchine utensili.

Storicamente definita anche prototipazione rapida è indirizzata

alla creazione di prototipi cioè “primo elemento di una serie”

Le funzioni di un prototipo possono essere:

concettuali, funzionali, tecnici, preserie, valutativi, prestazionali,

usabilità.

• Stereolitografia (SLA o fusione

selettiva)

• Selective Laser Sintering (SLS)

• Direct Metal Laser Sintering (DMSL)

e Direct Metal Printing (DMP)

SLA: il materiale è un fotopolimero

liquido

SLS: il materiale è una resina in

polvere.

DMSL: il materiale di lavorazione è

una polvere metallica

http://bulatov.org/metal/index.html

Tecnologie SLA, SLS, DMSL

Tecnologia Stereolitografia (SLA o fusione selettiva)

Fonte Wikipedia, voce Stereolithography

La Modellazione a deposizione

fusa fu sviluppata da S. Scott

Crump alla fine anni ‘80 e fu

commercializzata da Stratasys

fondata dallo stesso Crump.

Fused Deposition Modeling - FDM

Fonte Wikipedia, voce Fused deposition modeling

La tecnologia LOM riguarda la

produzione di oggetti laminati

mediante il taglio di fogli di carta

o di materiale plastico (es. PVC)

per slices cioè sovrapponendo

diversi strati tagliati dal soft.ware

Laminated Object Manufacturing LOM

1 Rullo alimentazione. 2 Rullo riscaldato 3

Raggio Laser 4. Prisma di scansione 5 Laser

6 Layers 7 Carrello 8 Scarti

Fonte Wikipedia, voce LOM

Software per il 3D

Il modello CAD viene creato da un sistema CAD ed esportato nel formato

STL (Standard Triangulation Language) che converte il modello in mesh

(rete) triangolare di intensità variabile. Da solido a mesh.

Il file STL può essere ottimizzato o corretto per la stampa 3D

(approssimato).

Dal modello CAD al modello STL

STL deve essere processato per generare i supporti e per essere

ottimizzato rispetto anche della risoluzione della stampante.

Slicing: sezionamento del file secondo la tipologia della stampante. Il

modello viene scomposto layer-by-layer per passare le istruzioni alòla

stampante.

Dal modello CAD al modello STL

Il file STL generato da sistemi CAD può contenere degli errori che

possono compromettere la realizzazione fisica. Inoltre il modello STL

prima di essere processato deve contenere i supporti e una orientazione

ottimale.

Programmi per il controllo dei file STL:

• MiniMagics versione gratuita di Magics di Materialise

• Meshmixer app gratuita della suite 123D di Autodesk

• MeshLab programma OpenSource sviluppato dall’Università di Pisa

CNR che utilizza il sistema di mesh processing per sviluppare e

modificare modelli 3D, e quindi ottimizzare anche i file STL per la

stampa.

• Netfabb utilizzato anche Microsoft 3D Model Repair service per la

verifica di file STL

Come correggere un STL

In Meshmixer di

Autodesk la

funzione Analysis /

Inspector visualizza

in un modello le

mesh non chiuse e

quelle interrotte

oppure le superfici

non-manifold.

Permette quindi di

fare una correzione

automatica.

Come correggere un STL

Ogni stampante utilizza un set di istruzioni per la realizzazione fisica del

modello. In genere questo codice è proprietario e viene fornito con la

stampante.

Il formato G-code è stato sviluppato al MIT agli inizi degli anno ’50 ed è un

linguaggio standard ISO 6983 e DIN

Nato per pilotare le macchine a controllo numerico CNC è stato

implementato anche per le stampanti 3D

Programmi che generano G-code:

Slic3r: software nato per le stampanti RepRap e scritto da Alessamdro

Ranellucci

Skeinforge: scritto in Pyton per le RepRap

Cura: distribuito dal produttore delle stampanti Ultimaker è molto utilizzato

dai makers.

Come produrre un file di stampa

Alcuni programmi, che possiamo definire aggregatori, offrono in un unico

ambiente molte funzioni forniti da vari programmi di stampa.

Citiamo i principali:

• PrintRun: è una collezione di strumenti che permettono di produrre il G-

code generato da Slic3r e inviarlo alla stampante. E' stato il primo di

questa categoria.

• ReplicatorG : viene fornito con le stampanti Makerbot ma viene

utilizzato anche su altri tipi di stampanti.

• Repetier-Host: fornisce un’interfaccia molto intuitiva con una vasta

gamma di opzioni di stampa.

Ambienti e aggregatori

Esempio di codice G-Code

; intestazione e settaggi ; generated by Slic3r 1.0.1 on 2014-10-03 at 12:46:31; QUALITA' BASSA; layer_height = 0.3; perimeters

= 3; top_solid_layers = 6; bottom_solid_layers = 3; fill_density = 0.1; perimeter_speed = 90; infill_speed =

90; travel_speed = 150; nozzle_diameter = 0.4; filament_diameter = 2.90; extrusion_multiplier = 0.90;

perimeters extrusion width = 0.40mm; infill extrusion width = 0.42mm; solid infill extrusion width = 0.39mm;

top infill extrusion width = 0.36mm; support material extrusion width = 0.40mm; first layer extrusion width

= 0.45mmG21 ; set units to millimetersM107M190 S110 ; wait for bed temperature to be reachedM104

S230 ; set temperatureG28 ; posizione home su tutti gli assiG1 Z5 F5000 ; alza l'estrusore a 5mmM109

S230 ; wait for temperature to be reachedG90 ; use absolute coordinatesG92 E0M82 ; use absolute

distances for extrusionG1 F1200.000 E-1.00000G92 E0G1 Z0.300 F9000.000G1 X46.041 Y61.418

F9000.000G1 E1.00000 F1200.000G1 X47.111 Y60.208 E1.02900 F1800G1 X48.721 Y58.578

E1.07014G1 X50.491 Y57.138

; seguono le coordinate geometriche X,Y

E1.11111G1 X51.851 Y56.188 E1.14090G1 X53.931 Y54.828 …

Struttura del file G-code

• Cerca di ottimizzare

lo spazio. Il tempo non

è tutto uguale.

• crea un corretto

numero di poligoni

• Less is More

• cerca di risparmiare

materiale e tempo

Claudio Gasparini, Tazzine nubili

Alcune regole per la stampa 3D

• crea superfici con uno spessore maggiore di 0.5 mm

• tutte le facce devono essere chiuse e le normali corrette

• crea spigoli che non siano in condivisione con molti altri

Italian, unleash your creativity

Intervista a Bre Pettis CEO di Makerbot produttore di stampanti 3D

http://youtu.be/V_SSktcb680

Italian, unleash your creativity

In che modo questa tecnologia può essere

utile all’Italia?

Gli artigiani e i designer sono una parte essenziale

dell’identità italiana.

Molti giovani talenti italiani realizzano qualcosa e cercano

un’azienda che produca le loro idee. Ma non sarà questo

il futuro. Bisogna creare un’azienda sulle proprie idee e

oggi non è mai stato così facile, anche perché si può

andare su un sito di crowdfunding per trovare le risorse.

Nei prossimi anni sarà sempre più diffuso un nuovo

modello: creare il proprio prodotto e andare direttamente

sul mercato.

Italian, unleash your creativity

Gartner's 2013 Hype Cycle for Emerging Technologies Maps

Una delle prime

sperimentazioni di

stampanti applicate al cibo

è stata la stampa di oggetti

in cioccolato con stampanti

a fusione come la

stampante 3Drag di

ElettronicaIn.

Stampare il cibo

Stampa di una tazzina di cioccolato con la 3Drag (foto C. Gasparini)

Progetto provocatorio di

stampante 3D per stampare

cibo in paesi del Terzo

mondo.

Le materie prime sono alla

base del processo che si

attiva con la scelta del tipo

di utente: neonato,

bambino, anziano e malato.

Il cibo viene stampato nella

forma tipica del luogo con i

principi nutritivi corretti.

Stampare il cibo

Stampante 3D ecosostenibile. Progetto di C.Gasparini

3D Printed Community Recycle Bins – www.urbanhubs.co

Esempio di progettazione collaborativa internazionale

Progettazione collaborativa

Progetto di C.Gasparini

Opera d’arte collettiva di makers

Progetto di C.Gasparini

Opera d’arte collettiva di makers

Progetto di C.Gasparini

Claudio Gasparini

claudio.gasparini@cad-tutor.com

www.cad-tutor.com/gasparini

Grazie per l’attenzione