Montaggio stampante 3D Montaggio stampante 3D entry levelentry level

Rudimenti del disegno 3DRudimenti del disegno 3DApprofondire la meccanica Approfondire la meccanica

della stampantedella stampante

Arduino, Raspberry pi 2 e Snap circuits JR Arduino, Raspberry pi 2 e Snap circuits JR (starter kit)(starter kit)

Basi dei circuiti elettrici, resistenze, Basi dei circuiti elettrici, resistenze, induttanze e condensatoriinduttanze e condensatori

Piccoli progetti di automazionePiccoli progetti di automazione

La prototipazione rapida (RP) è una tecnologia innovativa che consente la produzione di oggetti di geometria comunque complessa, in tempi molto ridotti, a partire dalla definizione matematica dell’oggetto realizzata su un modello CAD tridimensionale.

Si basa sulla considerazione che ogni oggetto è costituito da tante sezioni di spessore infinitesimo. Il prototipo viene, così realizzato sezione dopo sezione, trasformando il problema da tridimensionale in bidimensionale.

Gli oggetti sono ottenuti con progressiva aggiunta di materia. Per questo motivo la tecnologia RP è anche definita tecnica di produzione per strati o per piani (layer manufacturinglayer manufacturing)

Fine anni Settanta: gli americani Herbert e Hull e il giapponese Kodama sviluppano indipendentemente un sistema di solidificazione selettiva di un fotopolimero per costruire un oggetto tridimensionale per strati successivi;

1986: Hull brevetta un sistema che chiama “stereolitografia” 1986-87: si sviluppa la maggior parte dei sistemi alternativi di

prototipazopne rapida; 1987: la 3D System presenta la prima macchina (SLA1); 1989: la macchina SLA 250 viene posta in commercio dalla 3D

System; 1991-93: vengono commercializzate le macchine della Cubital,

DTM, EOS, Helysys, Stratasys con tecnologie alternative alla stereolitografia per la costruzione di prototipi;

1994: la Sanders commercializza la prima macchina RP avente un costo inferiore ai 100.000$;

1996: la 3D System e la Stratasys introducono sul mercato I modellatori concettuali da destinare all’ufficio tecnico;

1996-2002: implementazione e diffusione in tutto il mondo di nuove tecniche di RP

CAD 3D

File STL

OrientamentoGenerazione dei supporti

Slicing

Costruzione sezioni

Rimozione supportiPuliziaFinitura

Modello fisico

STL(solid to layer) : formato grafico standard utilizzato nelle tecnologie RP. Consiste in una rappresentazione semplificata delle superfici interne ed esterne del pezzo tramite faccette triangolari che per definizione sono piane. Ciò introduce un errore noto come facetting. L’effetto può essere contenuto aumentando il numero di triangoli; appesantendo, però il tempo necessario all’elaborazione del file STL.

Generazione dei supporti: operazione necessaria per alcune tecniche, per sostenere le parti sporgenti del pezzo.

Slicing: operazione comune a tutte le tecnologie e che consiste nell’intersezione del modello completo di supporti con una serie di piani la cui normale è parallela alla direzione di costruzione STL, per ottenere le singole sezioni che distano di una distanza s variabile tra 0.05 e 0.5mm. Essa genera un errore, noto come staircase (effetto a scalino), dovuto alla costruzione di sezioni di spessore finito che determinano la rugosità superficiale del particolare.

DEFINIZIONI

Vantaggi strategiciCosti e tempi inferiori per la realizzazione di modelliRiduzione del tempo di lancio del prodottoPossibilità di realizzare produzione simultaneaRapidità nello sviluppo e nella gestione delle modifiche del progettoCapacità di trovare errori e problemi di progetto nelle fasi di sviluppoMaggiore flessibilitàMaggiore soddisfazione del clienteMaggiore competitività

Vantaggi di produzioneNella produzione di oggetti complessi le tecniche RP permettono di trovare errori prima di preparare e disegnare le attrezzature principali ed ausiliarieI modelli possono essere usati per fusione a cera persa, per ottenere stampi in silicone o di metallo per oggetti in plasticaSi riduce il numero complessivo di attrezzature di prova perché esse entrano in produzione solo quando è stato creato il prototipoIl modello matematico realizzato al CAD 3D può essere interfacciato con altri sistemi di produzione assistitaLa qualità finale del manufatto migliora

Lavorazione CNC Stereolitografia

Fase Tempo(h) Fase Tempo(h)

Modello CAD 1 Modello CAD 1

Pianificazione di processo 1 Generazione e verifica file STL 1.25

Programmazione percorso utensile 25 Esecuzione slicing 0.7

Generazione file APT 1 Settaggio macchina 0.5

Post-processo 2 Costruzione pezzo 14.2

Verifica codice ISO 3 Rimozione supporti 0.25

Settaggio macchina utensile 1 Pulizia pezzo 0.5

Lavorazione 7 Post.-trattamento 4

Totale 41 Totale 22.45

Tecniche RP

LiquidoSolido

Polvere

1 componente 1 componente +legante

Selective Laser Sinteryng 3 Dimensional

Printing

Incollaggio Estrusione

LaminateObject Manufacturing

FusedDepositionModeling

Stampa a getto Fotopolimerizzazione

Lampada UV LaserSolid Ground Curing

Stereolitografia

Multi Jet Modelling

Ballistic Particle Manufacturing

Sanders Prototype

Materiali a basso punto di fusione (per es. cera)

Fused Deposition of CeramicsConsiste nell'estrusione di filamenti realizzati con una

sospensione legante - ceramico, a cui fa seguito un trattamento di pirolisi e sinterizzazione.

Direct Ceramic Jet PrinterLe polveri ceramiche, disperse in un inchiostro, sono

stampate tramite un getto dello stesso: gli ugelli hanno un diametro compreso tra i 60 e i 100 m. Al processo seguono i trattamenti termici di pirolisi e sinterizzazione.

Selective Laser SinteringUn fascio laser lavora termicamente portando localmente

a fusione il materiale; non è necessario il processo di sinterizzazione.

Laser stereolitographyIl laser agisce nel senso di far polimerizzare una resina fotosensibile in cui è dispersa la fase ceramica. Il pezzo è sottoposto a pirolisi e sinterizzazione.

Multiphase Jet SolidificationIl processo è condotto secondo quattro stadi. Nel primo avviene la miscelazione delle polveri di carburo di silicio con uno speciale legante termoplastico; nel secondo si utilizza una testina simile a quella delle stampanti ink - jet che spruzza materiale polimerico - ceramico. Nel terzo stadio si procede alla costruzione del pezzo per strati successivi. La testina si muove nelle direzioni x - y, mentre il piatto si muove nella direzione z, consentendo la costruzione degli strati. Nell'ultimo stadio si procede al lavaggio del campione e alla sua sinterizzazione.

Multi - Jet ModelingIn analogia al processo precedente, si utilizza una testina che esegue una scansione simile a quella utilizzata nell'ink - jet. Tale testina spruzza un materiale termopolimerico, procedendo nella costruzione per strati successivi. In questo caso la testina si muove nella direzione x ed il piatto nel piano y - z.

Tipi di industrie in cui sono stati introdotti i sistemi RP:

• Industria automobilistica• Industria aeronautica• Industria aerospaziale• Industria elettronica• Industria elettromeccanica• Industria elettrotecnica• Telefonia• Industria illuminotecnica• Industria idraulica• Industria del bianco• Apparecchiature medicali• Trasformazione delle materie plastiche• Arte orafa• Modellismo• Giocattoli

Le applicazioni industriali della prototipazione rapida, conosciute come attrezzaggio rapido, sono un insieme di tecniche mirate alla costruzione in tempi brevi di attrezzature destinate alla realizzazione della pre-serie:•Inserti per stampi per l’iniezione della cera per ottenere modelli per microfusione•Inserti per stampi destinati all’iniezione, soffiaggio, termoformatura delle resine termoplastiche•Gusci per la microfusioneUna delle applicazioni più importanti è la realizzazione di modelli e casse d’anima per la fusione in terra in tempi ridotti rispetto a quelli dei metodi tradizionali.L’utilizzo della RP permette la fabbricazione diretta dei modelli sacrificiali eliminando la costruzione dello stampo in alluminio e riducendo i tempi di costruzione della conchiglia dalle 10 settimane ai 10 giorni (processo quick-cast).Non tutti i materiali utilizzati nelle tecniche RP sono idonei per questo processo, perché potrebbero portare alla rottura del guscio durante la fase di riscaldamento in autoclave se la loro dilatazione prima del rammollimento fosse eccessiva. Inoltre i residui carboniosi lasciati dal modello potrebbero determinare difetti sull’elemento metallico.

Macchina in grado di riprodurre con buona precisione un oggetto fisico a partire da un suo modello tridimensionale

Esistono 3 principali tipologie di stampa 3D. Le loro differenze principali riguardano il modo in cui sono costruiti gli strati per creare le parti.

1) Solidificazione di blocchi di resina o di un polimero liquido fotosensibile attraverso l’uso di un fascio di luce UV (SLA e DLP)

2) A sinterizzazione mediante l’uso di polveri agglomerate attraverso l’uso di particolari inchiostri addensanti o attraverso l’uso di un fascio laser (SLS, PP, SLM e EBM)

3) A deposito additivo di materiale, generalmente plastico, termo fuso (FDM o FFF)

SLA (steriolitography) utilizza un processo di fotopolimerizzazione mediante fascio laser per solidificare una resina liquida. I principali limiti sono determinati dalla scarsa reperibilità, potenziale tossicità e costo elevato delle resine fotosensibili, dalla scarsa resistenza meccanica dei prototipi.

DLP (digital light processing), una vasca di polimero liquido è esposto alla luce di un proiettore DLP in condizioni di luce inattinica. Il polimero liquido esposto si indurisce. La piastra di costruzione poi si muove in basso in piccoli incrementi e il polimero liquido è di nuovo esposto alla luce. Il processo si ripete finché il modello non è costruito. Il polimero liquido è poi drenato dalla vasca, lasciando il modello solido.

SLS Ho una fusione selettiva di un mezzo stampato in un letto granulare. In questa variazione, il mezzo non fuso serve a sostenere le sporgenze e le pareti sottili nella parte che viene prodotta, riducendo il bisogno di supporti ausiliari temporanei per il pezzo da lavorare. Normalmente si usa un laser per sinterizzare il mezzo e formare il solido. Esempi di questa tecnica sono l'SLS (selective laser sintering) e il DMLS (direct metal laser sintering), che usano metalli.

• PP (Plaster-based 3D Printing )Un metodo di stampa 3D che consiste in un sistema di stampa a getto d'inchiostro. La stampante crea il modello uno strato alla volta, spargendo uno strato di polvere (gesso o resine) e stampando con il getto d'inchiostro un legante nella sezione trasversale della parte. Il processo viene ripetuto finché non è stampato ogni strato. Questa tecnologia è l'unica che consente la stampa di prototipi interamente a colori. Questo metodo permettea nche di realizzare sporgenze. È inoltre riconosciuto come il metodo più veloce ma la scarsa resistenza meccanica e l’aspetto poroso delle superfici dei modelli creati rappresentano purtroppo i limiti di questa tecnica

• SLM (Selective Laser Melting): quest tecnica fonde totalmente il materiale in modo selettivo, utilizzando un laser ad alta energia. Il vantaggio è che le proprietà meccaniche e fisiche dell’oggetto sono praticamente identiche a quelle di un modello ottenuto per fusione tradizionale, senza le criticità (es. fragilità) tipiche dei materiali sinterizzati

• EBM (Electron beam melting): ovvero Fusione a Fascio di Elettroni, è una tecnologia mediante la quale una sorgente di elevata energia, composta da un fascio opportunamente concentrato e accelerato di elettroni, colpisce un materiale in forma “micro granulometrica” provocandone la fusione completa (nel nostro caso saranno i metalli come titanio o alluminio). Il processo di produzione è completamente sottovuoto

FDM: La modellazione a deposizione fusa (fused deposition modeling, FDM) è una tecnologia sviluppata dalla Stratasys che si adopera nella prototipazione rapida tradizionale, usando un ugello per depositare un polimero fuso su una struttura di supporto, strato dopo strato. Nel 2008 in seguito alla scadenza del brevetto, tale tecnologia è stata ripresa per poi dare vita ad un progetto open source per la realizzazione di stampanti 3D a basso costo

Siti di raccolta di modelli 3D

1) Gli studenti interessati all’ingegneria possono stampare prototipi in 3D in tempi brevi e capire come funzionano. Tutto con le proprie mani.2) Lo stesso vale per chi segue un curriculum di architettura: i plastici di interni e palazzi si faranno direttamente in classe.3) Non c’è assolutamente alcun limite alle riproduzioni e rimodellazioni di famose opere d’arte. C’è spazio anche per le opere personali, modellate prima in 3D e poi stampate.4) Potete creare anche stampi per lezioni di cucina. A dire il vero, ci sono macchine che stampano direttamente il cibo.5) Potete stampare parti meccaniche realmente funzionanti

E molto altro ancora …….

MECCANICA

BENI ARTISTICI E STORICI

MODELLISMO E PROTOTIPAZIONE

ARCHITETTURA E PLASTICI

ROBOTICA, MEDICINA, PROTESI E TUTORI

MODA E DESIGN

La OSHWA (open source hardware association) definisce che con il termine open source l'hardware il cui progetto è reso pubblico in modo che chiunque possa studiare, modificare, e vendere il progetto o l'hardware basato su di esso. Idealmente vengono utilizzati componenti e materiali disponibili liberamente, processi standard, infrastruttura aperta, contenuti senza restrizione e strumenti di progettazione open-source per massimizzare la capacità degli individui di produrre e utilizzare l'hardware. L'hardware open source incoraggia la condivisione della conoscenza attraverso lo scambio aperto di progetti. Tale definizione è basata sulla Definizione dell'Open Source per il Software, creata da Bruce Perens e dagli gli sviluppatori Debian

Adrian Bowyer

Si tratta di uno dei primi network mondiali di stampanti 3D. Tramite una piattaforma online connette i proprietari di stampanti 3D (3D Hubs) con chi ha bisogno di stampare in 3D (makers). Il funzionamento è semplice: ho bisogno di stampare un file 3D, vado sul sito di 3DHUBS, mando il file alla Hub più vicina (un qualsiasi posto dotato di stampante 3D) ed in pochi giorni il mio prodotto è pronto.Ogni file mandato ad una Hub viene controllato e, nel caso in cui non fosse adatto alla stampa,  corretto automaticamente; una volta inoltrato alla Hub viene calcolato il prezzo dell'oggetto secondo i prezzi scelti dalla Hub stessa (un prezzo di avvio più un tot. per centimetro cubo di materiale) ed in meno di tre giorni il cliente può andare a ritirare l'oggetto pronto -o farselo spedire comodamente a casa.

BLENDER SOFTWARE OPENSOURCE MODELLAZIONE 3D NON PARAMETRICO (NON E’ PRECISO IN QUANDO NON PUOI IMPOSTARE MISURE AUTOMATICAMENTE)

NANO SIM STL 3D