Guida alla progettazione della modellazione a deposizione fusa (FDM)

Quando si pensa alla stampa 3D, di solito si pensa a modellazione a deposizione fusa (FDM). Questa tecnologia ha raggiunto il mainstream grazie al suo basso costo ed è diffusa anche su scala industriale.

La FDM, nota anche come fused filament fabrication (FFF), produce pezzi a partire da materiali termoplastici. Il materiale plastico si scioglie all'interno dell'ugello della stampante. Poi, il materiale viene estruso strato per strato. Quando gli strati si raffreddano e si solidificano, si fondono con gli strati esistenti. Questo processo viene ripetuto fino al completamento del pezzo.

La tecnologia FDM è popolare perché è facile da usare e flessibile. Una stampante FDM desktop entry-level costa solo un paio di centinaia di euro e il suo utilizzo non è limitato ai prototipi cosmetici. Le stampanti FDM su scala industriale sono in grado di realizzare casi d'uso sofisticati con materiali ad alte prestazioni. Queste stampanti rendono il processo FDM ideale per prototipazione funzionale - valutazioni visive e geometriche incredibili. I diversi materiali FDM, ognuno con proprietà e applicazioni uniche, rendono questa tecnologia preziosa in diversi settori.

L'uso va oltre la prototipazione, poiché la tecnologia e la gamma di materiali plastici sono sufficientemente flessibili per dime, attrezzature e alcuni pezzi di uso finale. L'FDM produce pezzi con un volume massimo di 36 pollici in una singola costruzione, rendendo fondamentale la comprensione del processo di costruzione durante la progettazione dei componenti.

Questa guida fornisce suggerimenti e best practice per la progettazione di parti per la tecnologia FDM.

el processo di progettazione è necessario considerare il supporto. Queste strutture di supporto hanno funzioni vitali:

• Parti di supporto in caso di sporgenza

• Fissare e rafforzare la parte della piattaforma

• Prevenzione della deformazione

• Prevenzione di un fallimento completo della costruzione derivante da una qualsiasi delle situazioni di cui sopra

La progettazione di supporti adeguati è essenziale. Ecco alcune altre considerazioni critiche da fare con l'FDM.

• Lo strato estruso dall'ugello può essere stampato come leggermente sporgente rispetto allo strato precedente. Per questo motivo, è possibile stampare sporgenze con angoli fino a 45 gradi e 5 mm.

• Ogni area del pezzo con una sporgenza di 45 gradi o più richiede un supporto, o una lunghezza superiore a 5 mm. Le strutture di supporto possono assumere la forma di reticoli o di alberi. I supporti devono avere uno spessore compreso tra 1,2 e 1,5 mm.

Non è possibile progettare con successo una parte per la produzione additiva se non si considera l'orientamento della stampa. La qualità di ogni pezzo (ad esempio, la resistenza, le proprietà dei materiali, la qualità della superficie, la quantità di supporto e così via) dipende dall'orientamento della stampa. La maggior parte dei processi di stampa 3D determina proprietà meccaniche anisotrope (dipendenti dalla direzione) dei pezzi. Lo strato di stampa iniziale è fondamentale nella stampa FDM, poiché ogni strato di stampa influisce sull'adesione e sulla qualità complessiva della stampa.

A causa del legame interlaminare tra gli strati, le proprietà meccaniche sono solitamente più deboli nella direzione di costruzione (altezza z). Pertanto, se la meccanica in una direzione specifica è essenziale per il vostro pezzo, il pezzo deve essere orientato in modo che le caratteristiche che richiedono la massima resistenza siano situate orizzontalmente.

Sebbene il materiale di supporto sia essenziale per garantire il successo di un progetto, deve essere limitato allo stretto necessario. Il posizionamento e la quantità di materiale di supporto hanno un impatto qualità del pezzo e i costi di post-elaborazione.

L'orientamento può anche influire sulla finitura superficiale del pezzo, soprattutto quando il pezzo ha caratteristiche arrotondate. Non considerare l'orientamento può causare l'effetto scala. In questo fenomeno, presente in diverse tecnologie di produzione additiva, ogni strato stampato diventa visibile. Invece della superficie liscia prevista, la superficie danneggiata assomiglia a una scala. Le superfici rivolte verso l'alto tendono ad avere una qualità di finitura migliore rispetto a quelle rivolte verso il lato.

Non dimenticate di considerare l'orientamento, poiché l'effetto scala dipende dal diametro dell'ugello e dall'altezza dello strato. Le parti prodotte con la tecnologia FDM presentano tipicamente linee di strato visibili, in particolare sulle superfici curve. La loro visibilità può essere ridotta al minimo utilizzando altezze di strato inferiori, anche se ciò può influire sulla velocità di stampa complessiva.

Sfilettare tutti gli angoli. Quando si progetta un pezzo, è generalmente buona norma filettare - o arrotondare - tutti gli spigoli vivi, a meno che il progetto non richieda diversamente. L'arrotondamento degli angoli interni riduce le concentrazioni di sollecitazioni che potrebbero influire sulla resistenza complessiva dell'oggetto. Il vantaggio aggiuntivo è che gli angoli arrotondati richiedono meno materiali, il che significa che si può risparmiare un po' di denaro. Una buona regola è quella di realizzare il filetto a ¼ dello spessore della parete delle nervature o dei perni.

Mantenere costante lo spessore della parete. La progettazione di un pezzo che passa da strutture sottili a blocchi pieni genera ulteriori sollecitazioni, aumentando il rischio di deformazioni e piegature. Se non è possibile mantenere costante lo spessore della parete, evitare, se possibile, le grandi transizioni da pareti sottili a pareti spesse. Per le pareti verticali, il mantenimento di uno spessore sufficiente è fondamentale per evitare deformazioni e fragilità, e possono essere necessari elementi di supporto per mantenere l'integrità strutturale.

Fori di stampa

È meglio stampare i fori in verticale con il loro asse se la loro rotondità è fondamentale per il pezzo. I fori stampati in orizzontale subiranno l'effetto scala e risulteranno leggermente ellittici. I fori fino a 8 mm di diametro possono essere costruiti orizzontalmente senza supporti aggiuntivi. I fori più grandi richiedono supporti, anche se il diametro varia a seconda della macchina e del materiale.

Seguire queste linee guida a seconda della forma del foro.

• Nei fori ellittici, l'altezza dell'ellisse deve essere il doppio della larghezza. I fori possono avere un'altezza massima di circa 25 mm.

• I fori a goccia possono avere quasi tutti i diametri se l'angolo superiore non è inferiore all'angolo di appoggio minimo (45°).

• I fori a forma di diamante possono essere di qualsiasi dimensione, ma è preferibile filettare gli angoli per evitare concentrazioni di tensioni.

In breve, ogni buon progetto FDM contiene questi elementi:

1. Il volume minimo necessario, che riduce i tempi di stampa e i costi del materiale

2. L'altezza di costruzione più bassa possibile che tiene conto dell'orientamento

3. La minore quantità di struttura di supporto richiesta

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