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STAMPANTI 3D, FILAMENTI, MODELLAZIONI, ACQUISIZIONI E  RIPRODUZIONI 3D 

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STAMPA 3D: EASY-PRINTING

Utilizzando un filamento termoplastico (es. Pla, Abs, etc) come materiale di stampa ed un modello tridimensionale (virtuale) del manufatto da stampare, con le stampanti 3D a tecnologia FDM è possibile creare ed ottenere un oggetto solido (reale) dando forma, corpo e materia concreta a un'idea astratta e  trasportandola dal mondo virtuale di un semplice file digitale fin dentro ad una realtà in tre dimensioni. 

E' infatti possibile realizzare un oggetto solido a partire dal suo modello3D disegnato con un software CAD di modellazione, o ottenuto mediante una scansione 3D con scanner dedicato, o generato mediante fotogrammetria digitale, oppure ancora piu' semplicemente partendo da files tridimensionali già in formato stampabile (estensione .STL ed .OBJ), scaricabili da librerie on-line di modelli 3D gratuiti o a pagamento (Thingiverse, Yeggi, My Mini FactoryPinshapee già pronti da stampare con tecnologia 3D.

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Diversamente dalla fabbricazione di tipo sottrattivo che realizza l'oggetto mediante sottrazione di materiale (macchine e frese cnc a controllo numerico), la stampa 3D è una tecnologia di fabbricazione additiva che crea l'oggetto mediante addizione e stratificazione, strato dopo strato, di livelli sovrapposti di materiale fuso: in questo modo è possibile realizzare in un unico passaggio un manufatto con geometrie, volumi e forme anche estremamente complessi o difficili da ottenere con le tecnologie tradizionali.

Le stampanti desktop e i modelli di fascia consumer utilizzano prevalentemente la tecnologia 3D FDM (Fused Deposition Modeling) o modellazione a deposizione di filamento fuso il cui funzionamento è molto similare a quello delle comuni stampanti 2D a testine mobili che depositano strati di inchiostro liquido su un piano, muovendosi lungo i due assi x e y fino all'ottenimento dell'immagine finale a due dimensioni su carta. 

Analogamente, nelle stampanti 3D FDM, il filamento plastico avvolto in bobina utilizzato come "inchiostro" di stampa viene fuso a temperature estremamente alte (dai 200 ai 250°C a seconda del tipo di materiale) e via via estruso attraverso l'ugello di stampa hot-end dell'estrusore, depositandosi e aderendo sul piano di stampa strato su strato e livello dopo livello, seguendo l'andamento dettato dal movimento del gruppo estrusore lungo i tre assi  (x, y e z) e fino alla formazione dell'oggetto solido in tre dimensioni.

MODELLAZIONE E SLICING: PRE-STAMPA

Dopo la fase di modellazione e progettazione 3D, il file o disegno tridimensionale in formato .STL da stampare viene prima elaborato da un software di Slicing (es. Cura, Slic3r) che lo ottimizza per la stampa sezionandolo in layers sottilissimi. Durante la fase di slicing tutte le informazioni del modello tridimensionale vengono tradotte in un file gcode che conterrà tutti i parametri macchina specifici (altezza strato layer height, spessore pareti shell thickness, densità di riempimento fill density) che la stampante è in grado di elaborare e trasmettere al braccio meccanico semovibile che guida il gruppo estrusore munito di ugello di stampa. Il g-code generato dallo slicer permette quindi che dalle informazioni contenute nel modello 3d venga realmente realizzato un oggetto solido con precise caratteristiche dimensionali, di forma, volume e di struttura delle pareti.

 STAMPA E POST-PRODUZIONE

Con la regolazione della temperatura e della velocità di estrusione piu' adatte al tipo di filamento utilizzato e alle caratteristiche del pezzo da stampare, avrà inizio la fase di stampa vera e propria. 

Il braccio della stampante munito di gruppo estrusore a ugello (diam. foro 0,2 - 0,3mm 0,4mm) si muoverà lungo i tre assi x-y-z seguendo le istruzioni dettate dal file g-code generato dal software di Slicing, estrudendo e depositando una certa quantità di filamento fuso come primo livello layer che aderirà al piatto di stampaproseguendo quindi via via con altri livelli sovrapposti di materiale fuso. Il filamento plastico allo stato fuso estruso dall'ugello si risolidifica a contatto con l'aria, raffreddandosi, dando così volume e spessore solido alle varie porzioni dell'oggetto. 

Dopo una successione continua di livelli stratificati di termo-polimero fuso di spessore variabile (altezza layer dai 100 ai 300 micron), si giunge infine alla realizzazione completa del manufatto solido, il cui peso in grammi e volume dipenderà dalla quantità di filamento che è risultato necessario per la sua riproduzione.

Tra i parametri di stampa piu' importanti impostabili nello Slicer figurano la temperatura e la velocità di estrusione, l'altezza del layer che determinerà l'ordito e la trama della superficie, il diametro del filamento utilizzato (da 1,75 o 3mm), la % di infill o riempimento interno che influenzerà la robustezza e solidità del pezzo (dal 10-15% al 80-100%). A determinare la riuscita di un pezzo inoltre la planarità e regolarità del piatto di stampa, la buona adesione dei primi layers, la costanza del diametro e la qualità del filamento, il basso rischio di fenomeni di retrazione e di deformazione durante la stampa. 

Dopo la rimozione del pezzo dal piatto di stampa, questo viene sottoposto a post-produzione e ripulito da supporti di stampa, zattere o brim creati dallo Slicer. Il pezzo può inoltre essere levigato con vapori di acetone (se ABS) o carteggiato e sabbiato (se Pla) con carte abrasive a grana media/fine, dipinto a mano con colori acrilici (smalti spray o a pennello), incollato ed assemblato.