Conoscere il mondo della stampa 3D ad uso hobbistico in 6 mosse!


3) Stampanti 3D a filamento

In questo terzo capitolo analizzeremo nel dettaglio le varie tipologie costruttive ed i componenti principali di una stampante 3D a filamento. Come già anticipato, la tecnologia FDM (Fused Filament Fabrication), anche detta FFF, consiste in una tecnologia di fabbricazione additiva in cui un filamento plastico viene trascinato in un hot-end che lo scioglie e tramite un ugello deposita il materiale fuso su strati sovrapposti.

Principio di funzionamento di una stampante FDM

Di base una stampante 3D FDM è dotata dei seguenti componenti:

  • Telaio (frame) – parte meccanica strutturale della stampante.
  • Motori – parte necessaria a movimentare gli assi della stampante in uno spazio tridimensionale e permettere l’estrusione di materiale fuso.
  • Elettronica – è il “cervello” della stampante ed è costituito da un microcontrollore che gestisce un software necessario a gestire la stampante (firmware).
  • Testa di stampa (print head) – dove il filamento viene estruso e fuso.
  • Piatto di stampa (bed) – dove viene depositato il materiale fuso.
Esempio movimentazione componenti di una stampante 3D

Nell’immagine precedente è schematizzata una stampante 3D in base ai movimenti che vengono compiuti in uno spazio tridimensionale rispetto agli assi X, Y e Z. Come vedremo più avanti, gli assi di movimento possono essere costruiti in modi diversi, ci sono tipologie costruttive in cui la testa ed il piatto di stampa vengono messi in movimento con modalità anche molto diverse tra loro, questo per favorire alcuni aspetti come il maggiore volume stampa, la velocità di stampa o la stabilità del telaio, solo per citarne alcuni.

3.1 – Tipologie di stampanti FDM

Partiamo con una semplice analisi di mercato dandovi una panoramica macroscopica del mercato delle stampanti 3D e del mondo commerciale ed open-source.

Fonte: https://reprap.org/wiki/RepRap

Come si può notare il “maggiore produttore” di stampanti 3D è il Progetto RepRap, che non è un’azienda ovviamente, bensì il più grande progetto open-source finalizzato alla diffusione di stampanti 3D in grado di produrre i pezzi necessari alla costruzione di un’altra stampante RepRap (Replicating Rapid Prototyper, “prototipatore rapido a replicazione”). La filosofia dietro al concetto RepRap è proprio quello della costruzione di stampanti 3D “autoreplicanti” ovvero in grado di fabbricare pezzi per la costruzione di un altre stampanti RepRap. Maggiori dettagli sul progetto sono disponibili sul Wiki ufficiale e su Wikipedia. Questa premessa è doverosa in quanto molte stampanti ad uso hobbistico si basano su progetti RepRap o su cloni e derivazioni di questi.

Nel campo delle stampanti FDM ci sono tante tipologie di stampanti 3D con caratteristiche tecniche molto diverse, tuttavia le tecniche costruttive dei telai delle stampanti sono riconducibili a due macro geometrie principali, che sono rispettivamente:

  1. Cartesiane – In questo tipo di stampanti la testa di stampa ed il piatto di stampa si muovono all’interno di uno spazio tridimensionale grazie a dei motori che permettono di effettuare movimentazioni lineari lungo tre assi (X,Y e Z) utili a spostare la testa ed piatto all’interno del volume utile di stampa. La movimentazione di questi componenti può essere realizzata con modalità diverse dipendenti dalla soluzione costruttiva adottata per la costruzione della stampante. Per fare alcuni esempi: in alcuni casi la testina di stampa può muoversi lungo gli assi X e Z mentre il piatto si muove in Y, oppure in altre soluzioni costruttive la testina di stampa si muove in X e Y mentre il piatto si muove su Z, ecc. Il volume utile massimo (volume di stampa) all’interno del quale è possibile muoversi, che quindi limita le dimensioni massime del pezzo stampabile, è solitamente definito all’interno di un cubo o di un prisma a base rettangolare.
  2. Delta – Come si può notare nell’immagine che segue, anche con le stampanti Delta ci si muove in uno spazio tridimensionale ma con una modalità diversa. In pratica ci sono 3 motori che permettono a dei carrelli scorrevoli di muoversi verticalmente su 3 assi che sono disposti su una base di forma triangolare. I carrelli sono collegati alla testa di stampa e quando variano la loro  posizione verticale su questi 3 assi permettono alla testa di stampa di muoversi all’interno di uno spazio tridimensionale. Il movimento su questi tre assi verticali permette di coprire una superficie circolare, ragione per cui in questo tipo di stampanti il volume di stampa ha una forma cilindrica. Un’altra particolarità delle Delta è che il piatto di stampa non è in movimento ed è fissato alla base della stampante, questo perché il solo movimento dei 3 carrelli permette già di muovere la testa di stampa nello spazio tridimensionale, mentre visto poc’anzi per le cartesiane, la testina di stampa si muove contemporaneamente lungo 2 assi (spazio bidimensionale).
Confronto tra geometrie Cartesiana e Delta

Volendo fare un semplice confronto tra Delta e Cartesiane possiamo affermare che:

  • Con le Delta, a parità di superficie di ingombro della stampante posso avere un volume di stampa maggiore, questo perché la struttura meccanica si sviluppa facilmente in altezza senza troppe complicazioni di natura meccanica, mantenendo quindi una certa rigidità del telaio. Con queste stampanti è possibile raggiungere velocità di stampa e accuratezza maggiori rispetto alle Cartesiane, per contro, sono stampanti complesse da calibrare e generalmente più costose delle Cartesiane. Con queste stampanti solitamente si utilizzano delle schede elettroniche di controllo più potenti perché per avere una movimentazione precisa nello spazio tridimensionale occorre una potenza di calcolo maggiore, sono proprio la necessità di questi calcoli per posizionare la testa di stampa nello spazio cartesiano che rendono difficoltosa la taratura della stampante rispetto ad una cartesiana.
  • Le Cartesiane hanno dalla loro parte la maggiore semplicità ed economicità a scapito della velocità e del volume di stampa.

Le Cartesiane sono sicuramente le più diffuse, in particolare i modelli Prusa sono tra i più semplici e meno costosi, mentre i modelli le CoreXY (una particolare tipologia di Cartesiana) e le Delta sono meccanicamente più complessi e possono garantire velocità e aree di stampa maggiori ad un costo generalmente più elevato.

Per capire meglio questi concetti, la stampante più semplice da analizzare è sicuramente la Prusa i3, la quale è progettata in maniera che la testa di stampa possa scorrere orizzontalmente sull’asse X, asse che si muove a sua volta verticalmente sull’asse Z mentre il piatto di stampa scorre lungo Y. La testa di stampa deposita il materiale sul piatto, poi ogni volta che lo strato è completato tutto l’asse X si alza grazie ai motori dell’asse Z, permettendo così alla testa di stampa di completare gli strati successivi.

Le cartesiane di tipo Core XY e derivati, come anticipato precedentemente, sono costruite in maniera che la testa di stampa si muova su un piano XY attraverso un complesso meccanismo costituito da cinghie e pulegge, mentre il piatto si muove lungo l’asse Z. La stampa parte con il piatto in posizione alta e ad ogni completamento dello strato questo si abbassa affinché possa essere depositato il materiale dello strato successivo.

Prendiamo di nuovo in esempio una stampante tipo Prusa i3 per schematizzare le varie parti che compongono stampante e che nei prossimi paragrafi verranno analizzate maggiormente nel dettaglio.

3.2 – Testa e piatto di stampa

La testa di stampa (print head) e il piatto di stampa (bed) sono due componenti fondamentali delle stampanti FDM, iniziamo quindi ad addentraci ulteriormente nei dettagli andando a esplorare come è fatta la testa di stampa; per farlo vi mostriamo un’immagine in cui la schematizzazione del suo funzionamento viene confrontata con un modello reale appartenente ad una Prusa i3. Ovviamente nel mondo della tecnologia FDM ci sono tante tipologie di teste di stampa con caratteristiche molto diverse tra loro.

Il filamento viene spinto dalla zona fredda alla zona calda grazie ad un meccanismo costituito da un motore con un pignone dentato (pignone godronato) ed un sistema a molla-cuscinetto che tiene il filamento ben aderente ad esso. Questo meccanismo è detto estrusore (extruder). Molto spesso la definizione di “estrusore” viene usata in modo non troppo corretto per indicare complessivamente la testa di stampa (print head), ovvero tutto il blocco che contiene “parte calda” (hot-end), la “parte fredda” (cold-end o estrusore) e l’ugello (nozzle).

Dettaglio di una tipologia di estrusore

Il filamento fonde all’interno dell’ugello (nozzle) che viene riscaldato dal blocchetto riscaldante (heatblock). Su questo blocchetto è installata una resistenza che produce il calore necessario alla fusione del materiale (cartuccia riscaldante, heating cartridge) ed un sensore (termistore) che rileva la temperatura affinché possa poi essere mantenuta costante dal programma che gestisce la stampante. La temperatura di fusione impostata per la lavorazione si definisce nella fase di slicing e varia in base al materiale plastico che si sta utilizzando.

La parte calda (hot-end) deve essere isolata termicamente dalla parte fredda (cold-end) affinché il filo spinto dentro non si deformi e diventi molle a causa del calore, rendendo quindi impossibile la corretta estrusione del materiale. Per questa ragione, tra le due zone, il condotto metallico presenta delle alette di raffreddamento con in aggiunta l’azione di una ventola sempre attiva.

All’interno di questa zona è installata una gola (throat), al cui interno passa il filamento, che molto spesso è rivestita internamente da un tubicino in PTFE (conosciuto più comunemente come Teflon) al fine di proteggere ulteriormente il filamento da eventuali surriscaldamenti indesiderati che impedirebbero il corretto scorrimento dello stesso. Quando si stampa con materiali che richiedono alte temperature di fusione si usano gole in materiale metallico (all-metal) perché quelle in teflon potrebbero fondere a causa dell’eccessivo riscaldamento.

Il materiale fuso esce dall’ugello (nozzle), il quale può essere fatto di diversi materiali (ottone o acciaio) ed avere un foro di dimensioni diverse in base a specifiche esigenze. Una delle misure del foro più comuni è la 0,4 mm ma esistono anche da 0,2 mm fino ad 1 mm passando per 0,6 mm e 0,8 mm. Ovviamente, più è largo il foro, più materiale fuoriesce, quindi in linea teorica con ugelli con un foro largo posso realizzare oggetti grandi in un tempo minore, a scapito però della qualità estetica perché che gli strati depositati diventeranno più visibili. La scelta dell’ugello e le relative impostazioni di stampa sono un tema molto ampio ed anche complesso, per ulteriori approfondimenti troverete dei link utili in fondo all’articolo. Sia gli ugelli che le gole dipendono anche dal diametro di filamento utilizzato, come vedremo più avanti il più comune è da 1,75 mm ma esiste anche il 3 mm.

Ugelli con foro di diverse dimensioni

Tornando al nostro materiale fuso che esce dall’ugello, questo viene depositato su strati sovrapposti che sono raffreddati da una seconda ventola (layer fanventilazione sul pezzo). Questa ventola può essere accesa, spenta o regolata in velocità in base al tipo di materiale plastico che si sta utilizzando nella lavorazione, questo perché ogni materiale plastico ha caratteristiche diverse e va trattato di conseguenza con modalità diverse. Le varie impostazioni che riguardano il comportamento di questa ventola nelle varie fasi di lavorazione vengono impostate nella fase di slicing.

Il materiale fuso viene depositato un un piatto, detto piatto di stampa (bed), dove la plastica fusa deve riuscire ad aderire bene onde evitare che la parte già stampata subisca un distaccamento o uno spostamento che potrebbe compromettere la buona riuscita della lavorazione. Ci sono diverse tecniche per far si che l’oggetto stampato resti ben aderente al piatto di stampa, alla base c’è sicuramente una corretta calibrazione della stampante, in particolare una regolazione precisa della distanza tra ugello (nozzle) e piatto di stampa su tutta la superficie di stampa, dopodiché l’utilizzo di un piatto di stampa riscaldato (heated bed) anziché un semplice piatto freddo può sicuramente favorire l’adesione del pezzo stampato sul piatto. Come vedremo tra poco, ci sono svariate tecniche utili a migliorare ulteriormente l’adesione in base anche ai materiali di stampa che si utilizzano, ci sono infatti materiali che sono facilmente stampabili su piatti freddi mentre altri necessitano di piatti riscaldati con in aggiunta di sostanze collose o altri materiali che favoriscano ulteriormente l’adesione.


Prima di procedere è bene soffermarsi un attimo su un aspetto tecnico fondamentale: tutti gli assi che costituiscono il telaio della della stampante 3D devono essere perfettamente perpendicolari tra loro, quindi seguendo questo principio, il piatto di stampa deve essere sempre perfettamente parallelo al suo asse di riferimento e perpendicolare agli altri due. Prendiamo in esempio il piatto di stampa di una Prusa che scorre lungo l’asse Y, questo dovrà essere montato in modo che sia sempre perpendicolare al piano XZ su cui si muove la testa di stampa affinché la distanza tra ugello e piatto sia sempre la stessa su tutta la superficie del piatto.

 

Piatto di stampa di una stampante di tipo Prusa i3

Se l’ugello è troppo lontano dal piatto il materiale fuso non resta attaccato al piatto (“Too high” – ugello troppo in alto) ed il pezzo sicuramente si staccherà durante la stampa, se l’ugello è troppo vicino al piatto si rischia di rovinare il piatto ma si impedisce anche all’ugello di far fluire fuori la plastica fusa (“Too low” – ugello troppo in basso).

Esempio di regolazione errata della distanza tra ugello e piatto di stampa

Per evitare questo, una delle tecniche più diffuse è sicuramente quella di poter regolare il livellamento del piatto grazie a delle molle infilate nelle viti di fissaggio e delle ghiere di regolazione che fungono da bullone delle stesse viti. Prendendo in esempio un piatto di forma quadrata, ad ogni angolo ci sarà un fissaggio come quello in figura che permette di regolare l’altezza del piatto e quindi la distanza tra piatto e ugello sui quattro lati. Solitamente per far si che la distanza sia ottimale si usa infilare un comune foglio di carta tra ugello e piatto, usandolo come riferimento, un po’ come si fa con gli spessimetri.

Dettaglio del meccanismo di regolazione del piatto di stampa

In alternativa a questi sistemi si vanno sempre di più diffondendo dei sensori montati sulla testa di stampa che effettuano la regolazione in maniera completamente automatica. Possono essere sensori meccanici che effettuano la taratura toccando il piatto, oppure sensori induttivi che effettuano la taratura sfruttando il fenomeno di induzione elettromagnetica, interagendo quindi con la superficie metallica del piatto di stampa. Recentemente si stanno diffondendo anche sensori capacitivi, molto simili agli induttivi, che possono interagire anche con superfici non metalliche.

A questo punto possiamo andare a guardare nel dettaglio come è costruito e come funziona un piatto riscaldato. Sostanzialmente è costituito da un pannello metallico, spesso alcuni millimetri, la cui forma può essere quadrata o circolare in base alla sua applicazione su stampanti di tipo Delta o di tipo Cartesiano. La faccia superiore è quella su cui poggiano le stampe, ovvero dove effettivamente si depositano gli strati di materiale fuso, mentre sulla faccia inferiore è presente una resistenza distribuita su tutta la superficie, in modo che quando viene alimentata possa distribuire il calore in maniera omogenea su tutto il pannello.  Nella parte centrale del piatto è montato un sensore (termistore), il quale, proprio come visto per l’hot-end della testa di stampa, serve a misurare la temperatura del piatto al fine di poterla regolare attraverso l’elettronica di controllo.

Solitamente non si stampa direttamente sul piatto di stampa, principalmente per non rovinare la sua superficie, ma si tende a ricoprila con altri materiali atti a migliorare ulteriormente l’adesione dei pezzi stampati sul piatto. Uno dei principali aspetti che richiede attenzione da parte degli utenti è proprio l’adesione del pezzo sul piatto, ovvero far si che il primo strato depositato resti attaccato per tutta la durata della stampa al fine di riuscire a realizzare il lavoro. Ci sono vari aspetti che concorrono ad una buona adesione, in primis una corretta impostazione della distanza tra ugello (nozzle) e piatto di stampa ed un corretto livellamento del piatto stesso, aspetti da sistemare in fase di regolazione e taratura della stampante, poi in base alla geometria del pezzo da stampare ed in base al tipo di materiale plastico utilizzato si possono adottare diverse soluzioni atte a migliorare l’adesione della stampa sul piatto. Una delle soluzioni più diffuse è sicuramente l’impiego di un vetro borosilicato (circa 3 mm di spessore) sopra al piatto riscaldato, sul quale poi si applica lacca per capelli o colla stick, le quali una volta scaldate contribuiscono a funzionare da collante. L’impiego del vetro contribuisce anche a dare un effetto lucido alla superficie del pezzo stampato. Oltre a colla e lacca spray esistono anche prodotti specifici più potenti che si basano sullo stesso principio (es. Dimafix).

Piatto di stampa riscaldato con vetro

In alcune stampanti il piatto di stampa non è riscaldato quindi il sistema “vetro-lacca” non può essere utilizzato pertanto si opta per l’applicazione di un adesivo di carta porosa che è comunemente conosciuto come blue tape.

Piatto di stampa ricoperto di blue tape

Per fare un ulteriore esempio possiamo menzionare ad alcuni tipi di stampante che hanno il piatto riscaldato ma che sono anche dotate di un sensore di livellamento automatico della distanza piatto-ugello, sensore che è  montato alla testa di stampa e che per funzionare necessita di interagire con una superficie metallica. In questi casi il vetro non può essere utilizzato perché fungerebbe da isolante tra la sonda ed il piatto. In questi casi si utilizzano materiali molto sottili come il nastro blue tape, fogli in PEI o il nastro Kapton. Ovviamente ci sono anche sensori di auto-livellamento che sfruttano altri principi fisici e che quindi sono utilizzabili su piatti di stampa che usano la lastra di vetro borosilicato (meccanici e capacitivi).

Oltre a queste soluzioni ci sono anche dei rivestimenti, simili a dei “tappetini” (es. Buildtak o l’Utrabase) che sono realizzati con materiali particolari che funzionano molto bene sia a tenere il pezzo attaccato al piatto durante la stampa, che a facilitarne  la sua rimozione al termine della stampa stessa. L’uso di questi “tappetini” evitano all’utente di dover applicare sul piatto tradizionale vetro o adesivi, inoltre contribuiscono a rendere più sicura la rimozione del pezzo a fine stampa, capita molto spesso che ci si faccia male andando a rimuovere gli oggetti dal piatto con spatole o cutter, rischiando anche di danneggiare il pezzo stampato stesso.

Ci sono altre tecniche utili al miglioramento all’adesione delle stampa sul piatto, le vedremo più avanti esaminando nel dettaglio la fase di slicing.

3.3 – Tipologie di teste di stampa

Precedente abbiamo riportato la schematizzazione di un hot-end con estrusione diretta, ovvero una testa di stampa in cui estrusore e hot-end sono un blocco unico. In realtà c’è anche un’altra modalità di accoppiamento tra queste parti ed ognuna ha caratteristiche diverse tra cui l’utente può scegliere in base alla proprie necessità.

L’immagine riporta le due modalità per accoppiare hot-end ed estrusore: con estrusore diretto e con estrusore bowden. Senza addentrarci troppo nel dettaglio, nell’estrusore di tipo bowden la parte calda e la parte fredda sono fisicamente separate e sono collegate attraverso un tubicino in PTFE in cui scorre il filamento. Questa soluzione permette di montare il motore dell’estrusore in una qualsiasi parte della stampante (di solito si fissa al telaio), andando così ad alleggerire il lavoro che il motore deve fare per muovere l’hot-end, favorendo così la possibilità di lavorare a velocità superiori con maggiore precisione. Di contro, andando a lavorare con materiali teneri o flessibili, si potrebbero avere difficoltà a spingere il materiale all’interno della parte calda. Nell’estrusione bowden la lunghezza del tubo in PTFE deve essere contenuta, inoltre nella fase di slicing alcuni parametri di stampa dovranno essere opportunamente settati nel caso in cui si utilizzi una o l’altra soluzione.

Con la stampa 3D FDM è possibile stampare con materiali e colori diversi contemporaneamente, questo grazie alla possibilità di poter gestire due teste di stampa in molte schede elettroniche di controllo. Gestire una macchina che stampa a due o più materiali/colori non è cosa semplice, tuttavia ci sono stampanti ad uso hobbistico dal costo contenuto che offrono questa possibilità. Prendendo come esempio stampanti a due materiali/colori, anche qui valgono le considerazioni fatte poc’anzi, esistono quindi teste di stampa “doppie” con estrusore diretto, oppure in versione bowden con 2 estrusori ed un solo hot-end con due ingressi per il filamento.

Principalmente la doppia estrusione è usata per stampare a 2 colori, ma può essere usata anche per usare materiali diversi come nel caso in cui per stampare il pezzo si usa un tipo plastica, mentre per stampare i supporti necessari a sostenere di parti sospese si utilizzano materiali particolari che poi si possono sciogliere in acqua o altre sostanze, facilitando così la loro rimozione e quindi la qualità complessiva del pezzo stampato. Esistono anche soluzioni con un numero maggiore di colori, in questi casi il sistema di estrusione diventa bowden per forza di cose perché altrimenti si appesantirebbe troppo la testa di stampa. Per fare due esempi, l’azienda Prusa vende un kit a 4 colori (la nuova versione arriva a 5) che può essere aggiunto alle loro stampanti,

oppure il decisamente più complesso sistema IeC con firmware MK4duo a 9 colori che può arrivare fino a 12.

3.4 – Elettronica e Firmware di controllo

Arriviamo al cuore della stampante, ovvero la scheda elettronica con il microcontrollore (il cervello della stampante) ed il firmware (il programma eseguito dal microcontrollore).

il microcontrollore riceve in ingresso le istruzioni necessarie a produrre l’oggetto (file g-code generato dalla fase di slicing), quindi grazie al firmware si occupa di interpretare tali istruzioni e tradurle in comandi da inviare ai vari componenti della stampante come i motori, le ventole e le resistenze necessarie al riscaldamento, contemporaneamente riceve informazioni dai sensori come i finecorsa o i termistori per avere informazioni sullo stato dei componenti hardware.

Esempio di scheda elettronica di controllo con relativi componenti e connessioni

Come si può vedere in maniera molto schematizzata dall’immagine, alla scheda elettronica di controllo sono collegati tutti i componenti della stampante, partendo dal basso a destra e muovendoci in senso orario troviamo:

  • Motori. In questo caso sono 4, uno per l’asse X, uno per Y, e due per Z. E’ la configurazione tipica di una stampante cartesiana di tipo Prusa. I motori più utilizzati nella costruzione di stampanti 3D sono dei motori passo-passo (stepper motor) modello NEMA 17.
  • Alimentatore.
  • Piatto di stampa riscaldato con il suo relativo termistore.
  • Ventola per la ventilazione sul pezzo. L’altra ventola, quella necessaria a raffreddare la zona di confine tra cold-end e hot-end della testa di stampa, non è riportata in questo schema ma va collegata direttamente all’alimentatore visto che è sempre in funzione e non va comandata dalla scheda elettronica.
  • Hot-end costituito dalla cartuccia riscaldante ed il relativo termistore.
  • Motore per l’estrusore.
  • Finecorsa. Questi sono “pulsanti momentanei” che vengono attivati quando la stampante raggiunge il limite massimo o minimo di spostamento lungo ogni singolo asse di spostamento, questi sono necessari a far si che gli organi in movimento non rischino di danneggiarsi o di urtarsi andando a muoversi oltre il limite stabilito. Verrebbe da pensare che i fine corsa debbano essere 6, ovvero 2 per ognuno dei 3 assi, al fine di delimitare lo spostamento massimo e minimo su ogni singolo asse. In realtà si usa mettere un solo fine corsa per asse, che può essere montato come massimo o come minimo, perché poi è nel firmware che si va ad impostare il valore della la massima distanza percorribile dal finecorsa in avanti. In questo modo, partendo dall’attivazione del finecorsa, l’asse di una stampante si muoverà in direzione opposta al finecorsa della distanza impostata nel firmware. In precedenza abbiamo menzionato ai sensori di auto livellamento, in genere quei tipi di sensori sostituiscono il finecorsa dell’asse Z.
  • Display LCD con controlli e lettore di schede SD integrati. E’ una scheda che integra un display LCD, dei controlli per muoversi all’interno del menù visualizzato sul display ed un lettore di schede SD per caricare i file g-code creati nella fase di slicing. E’ un componente non necessario al funzionamento della stampante ma sono molto utili per gestirla o per caricare file da stampare senza doversi collegare ad un computer.
Panoramica di alcune schede di controllo commerciali

Ogni produttore di stampanti ovviamente implementa una propria scheda elettronica ed un firmware personalizzato, tuttavia i componenti elettronici principali sono grossomodo gli stessi, nell’immagine che segue prendiamo come esempio una delle più popolari schede di controllo utilizzate nei progetti RepRap sulla quale si utilizza un firmware open source molto famoso. Questa elettronica di controllo è chiamata generalmente “RAMPS” ed è composta da più schede assemblate insieme, mentre come potete notare dall’immagine precedente, esistono molte schede di controllo che sono sviluppate su un’unica scheda integrata.

Kit Arduino MEGA + scheda RAMPS + drivers A4988 e jumpers

Il kit in figura è costituito da:

  • Microcontrollore Arduino MEGA (scheda blu). Questo è il cuore pulsante della stampante su cui viene caricato il firmware necessario al funzionamento della stampante. Il firmware open source più utilizzato è sicuramente Marlin, questo dovrà essere modificato al fine di adattarlo alle caratteristiche meccaniche ed elettroniche della nostra stampante, dopodiché potrà essere caricato sulla scheda Arduino per essere eseguito. Anche quando si acquista una stampante con un hardware ed un firmware già personalizzati, potrebbe essere necessario modificare alcuni parametri al fine di migliorare il funzionamento della stampante, tali modifiche possono essere fatte anche dai controlli presenti sul display LCD senza dover per forza collegare la stampante ad un computer.
  • Scheda RAMPS 1.4 (scheda rossa in alto). Questa scheda non ha “intelligenza”, è semplicemente una scheda che permette di facilitare ed ottimizzare i cablaggi di tutti i componenti della stampante. Sono presenti anche dei transistor che servono a controllare il riscaldamento del piatto e dell’hot-end, tuttavia molto spesso si sceglie di bypassarli al fine di utilizzare componenti esterni più robusti di quelli a bordo.
  • Drivers A4988 (cinque circuiti stampati verdi), Sono delle schede che permettono il controllo dei motori, in base ai modelli di driver scelti è possibile ottenere un controllo più o meno accurato dei motori. I driver modello A4988 sono i più economici e con prestazioni più modeste.

In questo articolo non approfondiremo ulteriormente questa parte, se siete interessati a maggiori dettagli potete consultare la nostra guida alla costruzione di una stampante 3D, in particolare al capitolo 4 in cui viene fatto il cablaggio e la configurazione di tutta la parte elettronica.

Indice

  1. Fabbricazione digitale con la stampa 3D

  2. Principali tecnologie di stampa 3D

  3. Stampanti 3D a filamento

  4. Materiali per la stampa 3D FDM

  5. Processo di fabbricazione con stampante 3D FDM

  6. Conclusioni: il mercato, approfondimenti, community e fonti


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