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Documento PDF - Università degli Studi di Padova

1. UNIVERSIT DEGLI STUDI DI PADOVA DIPARTIMENTO DI TECNICA E GESTIONE DEI SISTEMI INDUSTRIALI DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN INGEGNERIA MECCANICA E MECCATRONICA PROTOTIPAZIONE RAPIDA LOM HELISYS 1015 RAPID PROTOTYPING LOM HELISYS 1015 Relatore Ch mo Prof GUIDO BERTI Laureando MARCO GROTTO Matricola 610756 IMM ANNO ACCADEMICO 2012 2013 Sommario Questa trattazione divisa concettualmente in tre parti ha lo scopo di introdurre e spiegare il principio base di tutte le tecnologia di Prototipazione Rapida esistenti analizzare e riparare un macchinario a tecnologia Lom una Lom Helisys 1015 e gettare le basi per una stampante 3D home made a tecnologia Fdm La prima parte della trattazione di fatto un esposizione con lievi approfondimenti delle tecnologie di R P mirata e chiarire 1 principi base di funzionamento e 1 relativi vantaggi e svantaggi Per quanto riguarda la seconda parte della trattazione l analisi e la riparazione della Lom Helisys 1015 situata nei laboratori dell Universit di Vicenza a causa dei molteplici problemi sorti lungo tutto il percorso di riparazione si arrivati alla conclusione che l unica soluzione sia quella di smantellare il macchinario e recuperare tutte le parti che potrebbero essere utili o convertirlo in un macchinario a tecnologia Fdm Ed proprio qui che prende forma anche l ultima parte di questa trattazione la costruzione di una stampante h
2. constatare dalla figura a lato il fatto che l estrusore depositi un cilindro continuo di polimero fuso 11 comporta inevitabilmente la creazione di intercapedini tra 1 vari filamenti estrusi e solidificati Volendo esagerare il concetto si prenda ad esempio tre cerchi mutuamente tangenti tra essi per quanto piccoli possano essere sar sempre presente un intercapedine vedi figura a lato Tutto questo incide molto sulla resistenza e sul possibile utilizzo del nostro prototipo in test funzionali Nonostante ci grazie all utilizzo dell ABS e Bon velocit di produzione molto lente estremamente lente riusciamo ad avere riempimenti che in pratica sfiorano il 97 Un altro limite di questa tecnologia consiste nel fatto che non possibile usare pi di due colori alla volta tutte le macchine per R P a tecnologia Fdm montano al massimo 2 estrusori per problemi di ingombro ed inerzie quindi nel prototipo finale compariranno al massimo due colori distinti e non miscelati Un ulteriore svantaggio la possibile creazione di bave e sbavature che possono compromettere la finitura superficiale del pezzo esse sono presenti quando il prototipo in costruzione presenta struttura a sbalzo Per ovviare al problema si procede con l aggiunta di strutture di sostegno 2 3 Stereolithography Sla La tecnica Sla stereolitografia a differenza della Fdm non prevede la fusione di un polimero solido bens la solidificazione di un fotopol
3. e stabilit Tale struttura composta interamente da barre filettate in modo che essa sia completamente scalabile infatti utilizzando la similitudine dei triangoli possibile realizzare telai di piccole dimensioni 300x300x300mm oppure telai di medie dimensioni come quello in figura le barre filettate in figura A hanno una lunghezza di 400mm I nodi sono costituiti da blocchi in ABS anch essi creati mediante un altra stampante a tecnologia Fdm vedi spaccato componenti 4 1 Le strutture triangolari e le barre trasversali vengono collegate mediante le parti in ABS in viola nelle foto per dar vita al telaio della macchina foto 3 Si nota che nel telaio vengono integrate durante l assemblaggio anche le parti che sosterranno la meccanica le staffe d appoggio vedi insieme B La struttura viene fissata e allineata mediante una livella laser e un calibro centesimale in modo che il telaio risulti perfettamente allineato in tutte le sue parti Per quanto riguarda la movimentazione per la creazione del prototipo essa si suddivide in due parti la movimentazione dell estrusore e la movimentazione del piano portapezzo Al primo infatti affidata la movimentazione lungo l asse Z e lungo l asse X al secondo affidatala movimentazione lungo l asse Y Lo spostamento in Z avviene mediante le due viti senza fine perpendicolari al piano porta pezzo che alzano o abbassano l astrusore lo spostamento in X invece avviene
4. coordinate X Y e Z ripetute per ciascuno dei tre vertici di ogni triangolo con un vettore per descrivere l orientazione della normale alla superficie Il formato STL presenta dei vantaggi quali la semplicit in quanto risulta molto facile da generare e da processare mentre a suo sfavore presenta una geometria approssimata e una struttura dati che pur risultando semplice pu presentare la ripetizione dello stesso vertice pi volte Ci sono vari modi per classificare 1 processi di prototipazione uno fra tutti quello che utilizza lo stato fisico del materiale di partenza se Selective Laser Sintering SLS solido liquido o polvere Polvere 1 componente 3D Printing 3DP incollaggio Laminate Object Tecniche per il Manufacturing LOM R P solido legante Fuse Deposition Modeling FDM Polyjet Stampa a mm getto Multi Jet Liquido Modelin g MJM Sla Film Transfer Imaging FTI Come seconda operazione il software della macchina prende il modello in formato stl e procede a sezionarlo lungo un determinato asse Questa operazione chiamata slicing essa consiste nel dividere il nostro oggetto 3D in piani che racchiudono unimmagine ora bidimensionale in cui sono tracciati solo i contorni La terza fase denominata Final Built File e si occupa del riempimento delle immagini dei vari piani sovrapponendo Source R P 3DSystem Industries tutti questi piani otteniamo
5. di colore rosso 2 Porre un pezzetto di nastro di carta adesivo sullo specchio 4 in modo da distinguere meglio il posizionamento del punto laser sullo specchio 3 Posizionare l intero sistema di specchi mobile nella posizione home foto 6 A iei J Jutte e due a fine corsa in questa posizione detta home 4 Utilizzando le viti sullo specchio 3 per centrare il punto laser sullo specchio 4 spostare poi lo specchio 4 lungo l asse X e verificare che si mantenga l allineamento 5 Allineare ora il punto laser sullo specchio 5 il pezzo di nastro adesivo va staccato dallo specchio 4 e posto sullo specchio 5 utilizzando la stessa procedura descritta nel punto precedete 6 Una volta allineato il punto laser nello specchio 5 utilizzare le 4 viti per centrare il fascio laser attraverso le lenti vedi foto 7 41 7 Ripetere 1 punti 5 e 6 spostando lo specchio 5 dalla posizione home in un qualsiasi altro punto del piano XY in modo da accertarsi che l allineamento sia sempre garantito Ultimato l allineamento del laser si procede con un Digita Laser Power Meter strumento che permette di misurare l intensit del fascio laser in W il valore non deve essere inferiore ai 20W se questo non viene rispettato bisogna assicurarsi che gli specchi siano puliti e poi ripetere l operazione Ora il passo successivo quello della regolazione focale delle lenti essa serve a concentrare e a mettere a fuoco il punto sul
6. e sistema a specchio mirror Figura 2 Fase di foto polimerizzazione Il piano portapezzo posto in contatto con il liquido e il proiettore solidifica il fotopolimero al pezzo in costruzione trasferisce la sezione ecco perch transfer imaging Figura 3 Fase di raschiatura vassoio pulizia e stesura nuovo strato X spalmatura di fotopolimero Source 3D System 2 8 2 Fotopolimerizzazione e spalmatura Per quanto riguarda la polimerizzazione essa avviene esattamente come nella tecnologia Sla o Polyjet cambia per il principio di base non si controlla pi il polimero come la spruzzatura nel 27 processo Polyjet ma la luce UV ed essa non concentrata in un punto come nelle tecnologia Sla ma un intera immagine della sezione Il processo procede per strati garantendo un perfetto spessore uniforme e di dimensioni molto contenute La planarit della sezione garantita e mantenuta lungo tutto il processo in un processo per Fdm ad esempi non affatto garantita La stessa fotopolimerizzazione avviene in modo completo non dovendo compiere alcun ulteriore trattamento del prototipo in camere UV e garantendo al pezzo buone propriet di resistenza Uno svantaggio comune anche alle tecnologie Sla e Sls l incapacit di produrre prototipi colorati di conseguenza questi saranno mono cromatici e il loro colore dipender dal fotopolimero utilizzato Lo svantaggio maggiore che accompagna tut
7. 33 Abbiamo quindi controllato con un tester tutti gli swicht di sicurezza installati sulle porte vedi foto a fianco e ovviamente tutto funzionava alla perfezione Il problema quindi era nella scheda gestione dei motori codice e nome 408555 GALIL A questo punto abbiamo tentato di risolvere il problema modificando i valori di setup del macchinario dal programma LomSlice ma ancora una volta il macchinario non rispondeva Consapevoli di aver fatto tutto il possibile per ridar vita alla Lom Helisys 1015 abbiamo riassemblato 1 pannelli posteriori del macchinario proteggevano dalla polvere tutto il cablaggio del macchinaro e scollegato 1 cavi di alimentazione Identificare ora se il problema sia realmente dovuto alla scheda GALIL oppure alla mancanza di comunicazione tra computer e macchinario davvero complicato Siamo giunti quindi ad una conclusione anzich investire ancora tempo e denaro per la riparazione del macchinario l idea pi sensata quella di smantellarlo completamente e di recuperare tutto il materiale possibile Di seguito elenchiamo 1 possibili componenti riutilizzabili e 3 encoder modello AmericanControl 332906 e annesse schede di controllo e 3 motori passo passo da 200step giro e annessi driver di movimentazione e 2 barre trapezoidali da 70 cm con annesse chiocciole a ricircolo di sfere e un generatore laser da 25W a CO e sistema di specchi e tunnel focale e un sistema completo per l aspirazione dei fu
8. 48 efault aspx Pagename igu bal Stehlager KST Trascinatore filo 11 00 p 11 En BR mini hyena 5mm http reprapworld com p roducts_details amp products IUE o CIA DI as id 325 amp cPath 1595 16 39 http it aliexpress com wh olesale wholesale Cinghie T2 5 2 3 50 7 7 ii polyurethane timing belt html 60 http www ebay it sch sis html nkw Prusa 20Me ndel 2012 20RepRap 2 Plastiche 1 50 00 OJonaskuehling 20Extru der 203D 20Printer 20 Juego 20completo amp _ite mId 271201886688 u ut m mE b mM 61 Conclusioni Il mondo del R P un mondo in piena evoluzione come lo fu per le stampanti a getto d inchiostro In un primo momento il costo le rendeva inaccessibili ma con il progredire della tecnologia e la diminuzione dei costi di realizzazione le stampanti a getto di inchiostro furono presto accessibili a tutti La storia si ripeter anche per le stampanti 3D Aziende come la Makerbot hanno gi conquistato una considerevole fetta di mercato Il costo di queste stampanti 3D d ufficio si aggira intorno alle 2500 e 1 prototipi realizzabili hanno caratteristiche superficiali e meccaniche davvero notevoli con dimensioni che si aggirano intorno ai 200x200x200mm Per quanto concerne il progetto RepRap la sua versatilit lo rende un ottimo trampolino di lancio verso il mondo del Rapid Prototyping senza contare il fatto che ha un ottimo potenziale paragonabile alle macchine pre assemblate in comme
9. RepRap Conclusioni Bibliografia Ringraziamenti VI 44 45 47 48 48 50 54 58 58 59 63 65 67 Introduzione Just in Time oggi giorno questa filosofia di produzione sta condizionando praticamente tutti 1 T settori produttivi Velocit di progettazione e realizzazione sono i must per rimanere competitivi in un mercato in continua evoluzione Ma non solo il mercato attuale ad evolversi bens anche la richiesta dell utente finale sempre pi esigente il cliente infatti non si accontenta pi di un prodotto seriale ma vuole un prodotto che calzi le sue necessit che soddisfi ogni requisito in parole povere vuole prodotti personalizzati costruiti e funzionali alle sue esigenze Stando ai fatti il vero problema che un nuovo prodotto richiede a grandi linee una fase di ideazione una di progettazione una di prototipazione e nel caso in cui soddisfi i target progettuali la realizzazione vera e propria Oggi si cerca di ridurre sempre di pi la fase di prototipazione da sempre quella che ha richiesto pi tempo e anche pi investimenti Per porre soluzione ai due problemi di tempo e costo si introdotto all inizio degli anni ottanta il concetto di Rapid Prototyping o R P Come ben specifica il nome essa tende a ridurre i tempi di realizzazione di un prototipo e di conseguenza a ridurne notevolmente il costo doveroso sottolineare che le macchine per
10. collegamento computer scheda GALIL posta nel retro del macchinario nella foto SRL 2 da collegare nella porta etichettata SRL 2 e presa VGA per il monitor nella foto MONITOR da collegare alla scheda 6 e cavo collegamento tastiera 36 e ingresso alimentazione computer e uscita per alimentazione monitor e connettore A per regolazione e gestione laser e connettore B connettore J4 e connettore J5 per la gestione rullo e la movimentazione apparato carta JA e J5 rispetto a tutti gli altri connettori sono cablati direttamente all interno del computer e non dietro al case ax Ja 8 Mo EE cin ae ey w Tastiera Now 37 N B esiste anche un collegamento interno al case del computer cio tra scheda 5 e lettore CD il quale posto in parallelo con l hard disk vedi foto seguente ira ie NG Sche ese TATUM penu eee x seaguans a E T EUH AT MERIT s pe 1 e 2 l I a 11 I Si nota come le schede 4 ethernet e 3 modem non siano di alcuna importanza per il funzionamento del macchinario Per quanto riguarda 1 connettori A B SER 2 J4 e J5 una volta collegati al computer essi proseguono sin dietro al macchinario dove situata tutta la componentistica elettrica e la scheda 38 GALIL per accederci bisogna rimuovere un pannello in plexiglass Nella figura seguente sono mostrati i collegamenti sul retro del macchinario provenienti
11. dal computer 3 4 Allineamento focalizzazione laser e controllo cinghie movimentazione Siamo partiti dal generatore fascio laser nella foto 1 si nota il sistema di raffreddamento sotto di esso ovviamente si trova il generatore del fascio laser da 25W a CO perfettamente funzionante e stabile Abbiamo quindi verificato e regolato il sistema di specchi e di lenti che conducono 1l laser dal generatore fino al piano porta pezzo nelle foto 2 3 e 4 in ordine dall uscita del generatore 39 Nella foto 5 abbiamo la disposizione degli specchi nel complessivo Gli specchi 1 e 2 non sono visibili dato che essi sono integrati nel generatore vedi foto 2 Ora fissato un sistema di riferimento solidale al piano porta pezzo possiamo procedere con le possibili orientazione di tutti gli specchi e Specchio I non orientabile ed fisso e Specchio 2 orientabile mediante rotazioni lungo assi X e Y ma fisso e Specchio 3 orientabile mediante rotazioni lungo assi X e Y ma mobile in tutte e tre le direzioni X Y e Z foto 2 e Specchio 4 orientabile mediante rotazione lungo asse Y e mobile lungo il pino XZ foto 3 e Specchio 5 orientabile mediante rotazioni lungo assi X e Y ma fisso foto 4 40 Nella foto 4 si nota inoltre il sistema di lenti che focalizzano il laser sul pezzo in sostruzione Per l effettivo procedimento di allineamento laser invece 1 Accendere il diodo che genera il laser guida
12. il nostro solido di partenza La quarta ed ultima fase consiste nel creare eventuali sostegni al solido che andremo a costruire questa operazione richiesta solo da alcune tecnologie come la Fdm Polyjet e Sla Tutto ci poi convertito mediante l utilizzo di un programma CAM in coordinate macchina che andranno a muovere il nostro estrusore nella Fdm il nostro laser nella Sls Sla o Lom il nostro ugello in Polyjet o 3DP Come si nota dall immagine precedente lo strato rosso mostra lo slicing dove gi stata effettuata l operazione di riempimento inoltre si nota gi l apporto delle strutture di sostegno 2 2 Fuse deposition modeling Fdm La tecnica Fdm Fuse deposition modeling sicuramente quella pi semplice tra tutte le tecniche disponibili infatti essa altro non richiede che un polimero termoplastico ABS PLA PC PC ABS e un estrusore munito di resistore Quest ultime fondono il polimero che viene spinto da un cilindro zigrinato all interno dell estrusore per produrre infine un piccolissimo estruso cilindrico di polimero fuso il quale una volta estruso solidifica un istante dopo essere stato depositato tutto 1l processo procede per strati Figura estrusore 2 polimero estruso e solidificato 3 piano d appoggio Source R P 3DSystem Industries La risoluzione dello strato depositato si aggira intorno ai 120 275um Ed proprio lo spessore dello strato a determinare il limite della precisione di
13. la prototipazione rapida hanno si raggiunto alti livelli di produzione in termini di velocit pez h e in termini di qualit del prototipo tolleranze dimensionali e geometriche ma restano pur sempre macchinari costosissimi acquistabili solo da grandi societ e industrie Fortunatamente nell ultimo decennio c stata una vera e propria svolta aziende come la 3D System leader nella realizzazione di macchinari per la prototipazione rapida di grandi e medie dimensioni e Makerbot leader nella realizzazione di macchinari per la prototipazione rapida di piccole dimensioni hanno cercato sempre pi di realizzare Stampanti 3D a basso costo accessibili quindi a medie e piccole imprese Usando il termine stampanti 3D mi riferir lungo tutta la mia trattazione alle macchine per il rapid prototyping dato che indipendentemente dalla tecnologia utilizzata esse sono di fatto considerate stampanti 3D Questa tesi nasce per tre scopi 1 riassumere tutte le tecnologie esistenti di prototipazione rapida evidenziandone vantaggi e svantaggi 2 descrivere la riparazione e il settaggio di un macchinario a R P a tecnologia Lom presente nel laboratorio dell Universit di Vicenza modello Lom Helisys 1015 3 gettare le basi per la costruzione di una stampante 3D home made a tecnologia Fdm CAPITOLO 1 UNO SGUARDO D INSIEME 1 0 La prototipazione rapida R P La prototipazione sempre stata uno dei passi fondamentali per la realizzaz
14. mediante cinghie fissate al sostegno dell estrusore Riassumendo quindi l estrusore libero di muoversi lungo il piano ZX vedi foto 4 Per quanto la movimentazione in Y essa avviene come per l asse X mediante cinghie fissate al piano portapezzo Ora chi compie il vero processo di movimentazione sono ovviamente 1 motori l asse Z essendo movimentato dalle due viti senza fine avremo bisogno quindi di due motori passo passo che lavorino in perfetta sincronia si vedr nel 4 3 come 1 due motori siano collegati in parallelo Per quanto riguarda l asse Y il corrispondente motore passo passo traina il piano portapezzo sia nella direzione positiva sia in quella negativa Per l asse X il corrispondente motore passo passo traina l estrusore sia nella direzione positiva sia in quella negativa L immagini seguenti chiariscono quanto appena spiegato foto 5 configurazione movimentazione asse Y foto 6 configurazione movimentazione asse X e foto 7 configurazione movimentazione asse Z Nella foto 5 la cinghia solidale all estrusore quindi ad una rotazione oraria del motore passo passo corrisponde un avanzamento dell estrusore nel verso positivo dell asse X Nella foto 6 la cinghia solidale al piano in plexiglass quindi ad una rotazione oraria del motore passo passo corrisponde un avanzamento del piano portapezzo nella direzione positiva dell asse Y Infine nelle foto 7 la chiocciola della vite senza fine nel nostro caso un semplice dado c
15. molti punti di vista Enormi passi avanti si sono compiuti per la sinterizzazione di polveri garantendo ottimi prototipi con ottime propriet meccaniche Il vantaggio di una sinterizzazione rispetto ad una fusione che non si costretti a cedere calore a temperature molto elevate come durante una normale fusione Le temperature si aggirano intorno ai z Tm dove con Tm si intende la temperatura di fusione del metallo o ceramico utilizzato Tutto ci dovuto al fatto che la sinterizzazione un processo energeticamente favorito Non dobbiamo per confonderci parliamo di vera e propria sinterizzazione solo per le polveri metalliche invece per 1 polimeri avviene la microfusione si continua ad usare impropriamente il termine sinterizzazione dato che anche il polimero viene utilizzato sottoforma di finissima polvere Durante il processo di sinterizzazione l energia di superficie per unit di volume tanto pi elevata quanto pi piccoli sono 1 grani di polvere Questo implica che se un grano di polvere si unisce ad un altro c un aumento di volume ma una diminuzione di superficie ed una conseguente diminuzione dell energia l energia liberata viene messa a disposizione proprio per la coalescenza del grano di polvere successivo Dobbiamo sottolineare il ruolo essenziale del rullo la cui azione di distribuzione compattazione influisce sulla finitura superficiale del prototipo e sulle sue caratteristiche meccaniche l aumentare de
16. questa tecnologia di prototipazione infatti il controllo sulla movimentazione riesce ad essere molto accurato con un errore sul posizionamento X Y e Z non superiore a 20um 2 2 1 Gestione e movimentazione assi Prima di entrare nello specifico dobbiamo distinguere nel mondo delle macchine per R P a tecnologia Fdm due grandi gruppi il primo dedicato alla prototipazione di grandi oggetti che superano 2 m di ingombro fig A ed il secondo dedicato alla prototipazione di medi e piccoli oggetti Il primo gruppo dovendo creare oggetti di notevoli dimensioni lavora con un braccio robotico a 6 assi il quale permette di creare elementi molto articolati Questo braccio scorre su binari 9 paralleli al piano porta pezzo che in questo caso solidale al basamento del macchinario esso non compie alcun movimento Per il secondo gruppo che si occupa della prototipazione di oggetti di medie piccole dimensioni si adotta una modalit di movimentazione gestita solo su 3 assi X Y Z Il piano porta pezzo si occupa dello spostamento nel senso verticale asse Z mantenendo costanti il valore di X ed Y l estrusore invece al contrario del piano porta pezzo mantiene sempre la stessa coordinata Z e si occupa degli spostamenti in X e Y Chiariamo meglio quanto detto l estrusore lavora in due dimensioni mentre ci che in realt d la vera e propria tridimensionalit al nostro pezzo proprio lo spostamento in Z del piano porta pezzo Ovviam
17. rapporto geometrico r T4 T noto come rapporto geometrico Leggi d affinit da usare con fluido incomprimibile e in assenza della temperatura come variabile di processo gh T Pp pz noto come numero di pressione 1 Q To Do lt noto come numero di flusso 2 D Dio 1 u T noto come l inverso del numero di Reynolds Re Diop D l T4 ae noto come rapporto geometrico 1 _ 7 1 ee Tt P noto come rapporto geometrico 2 Per ulteriori approfondimenti rimando a Macchine per allievi ingegneri Giuseppe Veltrone 2006 pag 72 Concludendo grazie alla prototipazione rapida e alla similitudine geometrica e dinamica siamo in grado non solo di produrre modelli 3D fisici non virtuali ma anche veri e propri modelli funzionali in scala CAPITOLO 2 TECNICHE PER LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA 2 0 Un po di storia Alla fine degli anni Settanta gli americani Herbert e Hull e il giapponese Kodama svilupparono indipendentemente un sistema di solidificazione selettiva di un fotopolimero per costruire un oggetto tridimensionale per strati successivi tutt oggi sono considerati come 1 pionieri del R P 1986 Hull brevetta un sistema che chiama stereolitografia 1986 87 si sviluppa la maggior parte dei sistemi alternativi di prototipazione rapida 1987 la 3D System presenta la prima macchina SLA 1 1989 la macchina SLA 250 viene posta in commercio dalla 3D S
18. termo uscite per termo resistori resistori una per l estrusore e una per il piano riscaldante Con questi pezzi possibile realizzare quindi una stampante 3D RepRap con un volume di stampa notevolmente maggiorata rispetto alla RepRap esposta nel capitolo 4 Ci sarebbe per un altro modo di riutilizzare il vecchio macchinario Lom si potrebbe infatti procedere ad una vera e propria conversione da tecnologia Lom a tecnologia Fdm Tutta la struttura e le componenti sia di movimentazione e di trasmissione della Lom Helisiys 1015 hanno lo stesso principio di funzionamento della RepRap Ovviamente tutto il cablaggio originale andrebbe rimosso sostituendolo con uno completamente nuovo e adatto alla tecnologia Fdm il sistema di specchi e il generatore laser andrebbero tolti e al posto del tunnel focale verrebbe posto un estrusore A differenza del progetto RepRap ora l estrusore non si muoverebbe pi lungo l asse Z e l asse X bens lungo gli assi X ed Y lasciando al piano portapezzo la movimentazione lungo l asse Z il sistema di riferimento a cui ci si riferisce quello descritto nel 4 2 64 Bibliografia e sitografia Bibliografia Serope Kalpakjian and Steven R Schmid 2010 Manufacturing Processes for Engineering Materials fifth edition Singapore Pearson Chua C K Leong K F Lim C S 2010 Rapid prototyping Principles and applications third edition New Jersey World Scientific Robert N Anthony and David F Hawk
19. tratta di polimeri termoindurenti resine epossidiche Riguardo le velocit di produzione esse si esprimono in mm h ma solo rispetto all asse Z dando quindi un idea concreta del tempo che un oggetto impiega per crescere in altezza Valori tipici si aggirano intorno a 5S 15mm h Lo strato di polvere depositato pu variare il suo spessore da un minimo di 80um stampa extra precisa le velocit si aggirano intorno ai 5mm h ad un massimo di 150um per 2 6 3 Vantaggi e svantaggi Grazie a questa tecnologia si riescono ad ottenere dettagli accuratissimi e finiture superficiali notevoli Le velocit di prototipazione si aggirano attorno a 500mm s velocit di spostamento testina spruzzatrice quindi 1 tempi di realizzazione prototipo sono molto ridotti Si deve per considerare che a fine processo di prototipazione 1 pezzi generati devono subire un vero e proprio trattamento termico per aumentare considerevolmente le propriet di resistenza del pezzo prototipato avviene una vera e propria sinterizzazione Le tempistiche di questo trattamento dipendono delle geometrie del prototipo e dalla polvere utilizzata Nonostante ci non si raggiungono mai alte propriet di resistenza come per i prototipi prodotti da tecnologia Sls o Sla Volendo ulteriormente aumentare la resistenza dei prototipi prima del trattamento termico si pu procedere con delle infiltrazioni nel modello che ha comunque una certa porosit di un ulteriore quantitativo di le
20. 486 Pentium Socket 5 3 2 Analisi problemi Dopo una prima analisi di tutte le componenti meccaniche della macchina ci siamo soffermati a revisionare la componentistica di controllo e di gestione che comprende un computer con architettura 486 33MHz e 16 MB di ram Quest ultimo oltre ad effettuare lo slicing controlla l intero processo di prototipazione Abbiamo quindi analizzato la scheda madre una Socket 5 dove solitamente montata anche la batteria tampone al Ni Cd Molto spesso queste batterie tampone hanno una vita massima di dieci dodici anni dopo 1 quali iniziano a rilasciare l elettrolita alcalino che molto corrosivo la loro vita inoltre si riduce sensibilmente se esse rimangono inutilizzate collegate ad un circuito Qui abbiamo riscontrato il primo problema si notava chiaramente che la batteria tampone in completa ossidazione aveva rilasciato su tutta la porzione di scheda madre adiacente l elettrolita alcalino il quale a sua volta aveva ossidato e letteralmente distrutto tutti 1 componenti elettrici sottostanti Nella prima foto la batteria tampone in viola nella seconda foto una volta rimossi la batteria e tutto l ossido si nota la mancanza dei componenti erosi 32 Non riuscendo a riconoscere 1 componenti corrosi il che rende impossibile la loro sostituzione abbiamo optato per la sostituzione dell intera scheda madre Sorge qui il secondo problema una scheda madre simile sempre con architettura 486
21. Nonostante ci la tecnologia Lom considerata una pietra miliare della storia del Rapid Prototyping L Universit di Padova circa trent anni fa precisamente il 20 settembre 1995 decise di acquistare una macchina della Helisys Inc una Lom Helisys 1015 Era il terzo modello prodotto dall azienda californiana prima infatti furono prodotte la Lom Helisys 2030 e la 2030Plus La macchina venne successivamente spostata all Universit di Vicenza dove si trova tuttora Questo capitolo nasceva con l intento di documentare e descrivere il processo di revisione e settaggio per poter rimettere in funzione la Lom Helisys 1015 Purtroppo a causa di alcuni problemi questo non stato possibile Di seguito quindi troverete un resoconto di tutte le operazioni fatte e delle procedure per il settaggio del macchinario 3 1 Specifiche tecniche generali delle Lom Helisys 1015 e La Helisys 1015 ha un volume produttivo dato da 381 mm lungo l asse X x 254 mm lungo l asse Y x 355 mm lungo l asse Z 31 e L errore sul posizionamento del laser e del piano portapezzo va da un valore di 2 decimi di millimetro fino ad un massimo di 3 5 decimi di millimetro e Il formato di input deve essere STL il programma utilizzato per il funzionamento del macchinario si chiama Lom Slicing e Alimentazione 110V 60Hz 20 A e Diametro dello spot laser 0 35mm con ampiezza d onda compresa tra 10 5 e 10 7 micron e Computer con architettura
22. Per quanto riguarda le velocit di spostamento in X e Y dell estrusore chiamate velocit di prototipazione si possono avere diversi valori in dipendenza alla qualit superficiale e al valore di riempimento che si vogliono ottenere sul prototipo in costruzione velocit tipiche oscillano tra 150 a 350 mm s Per quanto riguarda la velocit dell estruso essa determina la portata di polimero fuso che fluisce dall ugello il suo valore solitamente impostato di poco superiore alla velocit di prototipazione Polimero T fusione C Young s modulus GPa 210 230 Acrilonitrile Butadiene Stirene Acido 130 160 Polilattico Policarbonato 2 2 3 Vantaggi e svantaggi 230 240 I vantaggi della R P a tecnologia Fdm sono molti sicuramente il pi rilevante rimane la semplicit e la relativa economicit rispetto alle altre tecnologie di prototipazione sia per quanto riguarda la realizzazione dei prototipi sia per quanto riguarda il costo del macchinario stesso Altri vantaggi sono la velocit di produzione in pez h e il fatto che il prototipo uscente dal macchinario non necessita di alcun trattamento finale se non la rimozione di eventuali sostegni ne di pulizia ne di eventuali sabbiature confronta con tecnologie Sla e Sls Gli svantaggi purtroppo coincidono con i limiti di questa tecnologia primo fra tutti l incapacit di realizzare un pezzo pieno o meglio in completa assenza di porosit infatti come si pu
23. Xpolimers company Source laboratory of Formlab Figura 1 Come si pu facilmente notare lelevatore o piano porta pezzo durante la creazione del prototipo affonda di uno spessore pari allo spessore del polimero fotoindurito La lama livellatrice pi comunemente nota con il nome di racla garantisce che il fotopolimero da solidificare ricopra interamente le superfici lavorate e sia di egual spessore Figura 2 In questa immagine invece si nota come l elevatore proceda verso l alto durante la creazione del pezzo Si noti anche la struttura di sostegno per la creazione del pezzo Quindi nonostante queste due possibili configurazioni si nota facilmente che lo spostamento in Z affidato proprio al piano portapezzo mentre al laser affidato lo spostamento in X e in Y La fonte laser ovviamente fissa solitamente sono laser a He Cd Laser Elio Cadmio e un sistema di specchi si occupa di focalizzare il laser nei punti in cui va solidificato il fotopolimero Per quanto riguarda la movimentazione degli assi rispetto alla tecnologia Fdm non abbiamo sostanziali modifiche solo che al posto di usare un estrusore viene usato un fascio laser 2 3 2 Radiazioni e solidificazione Nel processo di prototipazione a tecnologia Sla come gi evidenziato in precedenza non entrano in gioco variazioni di temperature al foto polimero infatti non viene somministrata energia 13 sottoforma di calore bensi sottoforma d
24. a abbiamo contattato un sito tedesco Amoretro de che si occupa di rifornire pezzi di ricambio per 1 cimeli dell informatica tuttavia anche loro hanno confermato che trovare una scheda madre identica fosse impossibile sempre per il fatto che tutte le schede madri di quel modello facevano esattamente la stessa fine della nostra corrose dall elettrolita della batteria tampone L amministratore del sito 11 Sig Fabian G nther Bortel comunque volle sapere per quale motivo cercavamo un altra scheda espostogli il problema gli mandammo le foto evidenziando il danno della batteria tampone Il Sig Fabian ci disse che rispetto ad altri casi il nostro danno era contenuto e quindi conveniva tentare per far funzionare la scheda di cortocircuitare 1 pin di collegamento della batteria tampone in modo da garantire la continuit del circuito Con un normalissimo saldatore a stagno e con un cavetto in rame effettuammo l operazione Riassemblato e ricollegato il tutto abbiamo messo in funzione il macchinario tutto funzionava perfettamente Avviato il programma LomSlice per il computer segnalava un errore di connessione alla scheda per la gestione dei motori posta dietro al macchinario Subito abbiamo pensato che si trattasse di un problema al sistema di sicurezza del macchinario infatti nel manuale era chiaramente specificato che il macchinario funzionava solo se il coperchio e le porte di accesso al vano movimentazione carta fossero completamente chiuse
25. a la tecnologia utilizzata sempre una tecnologia Fdm con un volume di stampa di circa 200 mm lungo l asse X x 200 mm lungo l asse Y x 130 mm lungo l asse Z nettamente inferiore alla Helisys nonostante questo a parit di investimento possibile ottenere una stampante completamente nuova che garantisce non solo prototipi concettuali ma anche prototipi funzionali Questo capitolo non ha la presunzione di fungere da vero e proprio manuale ma cerca di introdurre nel mondo delle stampanti 3D home made chiunque fosse interessato 47 4 0 Presentazione modello Mendel Prusa i2 Il progetto RepRap Mendel Prusa 12 come accennato precedentemente utilizza la tecnologia Fuse Deposition Modeling un estrusore alimentato da una ruota dentata che trascina al suo interno un polimero termoplastico ABS o PLA sotto forma di filo con un 1 75mm creando il prototipo su di un piano mobile I volumi di stampa massimi sono 150x150x130mm le velocit di stampa e l errore massimo sul posizionamento dell estrusore dipendono dalla qualit della componentistica scelta e dall accuratezza del montaggio del telaio In generale questa stampante in grado di garantire precisioni superiori al decimo di millimetro e discrete velocit di stampa circa 10mm h Le parti in plastica nelle foto seguenti di colore fucsia ABS sono l unico aspetto vincolante per tutte le altre componenti e le loro dimensioni invece abbiamo completa libert di scelta dato che t
26. a il piano portapezzo lo si fa per evitare ritiri termici del prototipo durante la sua costruzione I MOSFET traducono le informazioni binarie del processore in aperto chiuso grazie al controllo in retroazione dei termistori il processore invia le informazioni al MOSFET che funge da vero e proprio interruttore per la corrente determinando un innalzamento della temperatura nei resistori E j mott E S emm He E TTYTE A L Ri ali CARO m Pl iat a al zv x vt Tx M Ey pg 3 4 Ati rae eT Wi go cu qa C AC NR sanauinoio1iu a Gen Son fon So te tun im TETETETEATIESTIET mm wat um uam um Per quanto riguarda 1 cinque motori passo passo abbiamo scelto quelli costruiti dalla Wantai Motor modello 42BYGHW609 Essi sono dei motori ibridi infatti funzionano secondo due principi fisici la riluttanza BLK A variabile e il campo generato dai magneti permanenti posti nel rotore Ogni motore conta quattro fili terminali delle due fasi vedi figura a lato Ciascuna fase alimentata da GRN C un ponte H che permette di scegliere e modificare 1l verso della corrente che passa per gli avvolgimenti dello statore Ogni fase consiste in 4 avvolgimenti sfasati a 90 posti in 55 serie quelli della prima fase sono ruotati di 45 rispetto a quelli della seconda Ogni coppia polare si intendono le coppie di avvolgimenti opposti rispetto al centro di rotazione mantiene lo stesso verso di avvolgimento dei conduttori
27. ata poi vengono posti in un forno sia per asciugare il gesso o legare la sabbia sia per far liquefare ed evaporare la cera in modo da liberare tutte le cavit in cui andr colato il metallo Particolare attenzione viene dedicata alla formulazione di tutte le cere esse devono poter liquefarsi ed evaporare senza lasciare traccia nella forma che esse stesse hanno generato 30 CAPITOLO 3 RIPARAZIONE E REVISIONE LOM HELISYS 1015 3 0 Introduzione e storia della tecnologia Lom L azienda Helisys Inc fu fondata agli inizi degli anni Novanta da Michael Feygin in California e la tecnologia di prototipazione Lom fu proprio una sua invenzione Tale azienda crebbe ad un buon ritmo fino a met degli anni Novanta grazie all idea innovativa di poter realizzare in breve tempo prototipi concettuali servendosi di macchinari relativamente poco costosi nell ordine dei 100000 nel 1992 e mediante l utilizzo di materiali economici La 3D System infatti gi a fine degli anni Ottanta aveva brevettato e prodotto la SLAI utilizzava la tecnologia Sla ma il costo di questo macchinario e dei materiali usati fotopolimeri lo rendeva inaccessibile a molte realt industriali Tutto sembrava favorire la tecnologia Lom ma ben presto ci si rese conto dei limiti insormontabili della sua tecnologia cfr 2 7 3 sta di fatto che alla fine degli anni Novanta l azienda produttrice si trovava gi sull orlo del fallimento e fu acquistata dalla Cubic Technologies
28. ausa degli attriti non costante Infatti il filo di polimero termoplastico funge da pistone che estrude la parte di esso a sua volta fusa dall estrusore Nella fig 1 si nota infatti come la parte iniziale dell estrusore sia dotata di alette atte ad asportare calore in modo che il filo in entrata conservi la sua rigidezza man mano che si procede verso il foro d estrusione la temperatura aumenta e il filo passa dalla fase solida alla fase fluida Il termistore nell estrusore di fondamentale importanza dato che controlla in continuo la temperatura e fa s che essa non oltrepassi mai quella di denaturazione del polimero Per quanto riguarda le temperature del piano portapezzo esse solitamente sono circa la met della temperatura di fusione del polimero utilizzato e permettono ai primi strati estrusi di mantenere una buona adesione fissando saldamente il pezzo in costruzione al piano porta pezzo 57 4 4 Software I programmi necessari per il funzionamento della macchina sono un CAD per generare il modello 3D preferibilmente in formato stl un CAM dedicato per trasformare il file stl in coordinate macchina e un firmware installato sulla scheda Sanguinololu per far eseguire alla macchina lo slicing effettuato dal CAM Il CAM consente inoltre di applicare le strutture di supporto per le eventuali parti a sbalzo del prototipo modificare le temperature di processo creare pi prototipi sullo stesso piano porta pezzo e gestire il riempime
29. avrebbe sicuramente funzionato ma andavano reinstallate tutte le periferiche schede di controllo mediante i driver Quest ultimi a differenza del sistema operativo non sono stati rilasciati insieme al manuale di istruzioni del macchinario Abbiamo provato a risolvere il problema cercando 1 driver in Internet ma la ricerca non dava risultati Quindi abbiamo contattato direttamente 11 Sig Michael Feygin il fondatore della Helisys Inc tramite e mail chiedendo informazione per i driver delle periferiche Il Sig Feygin rispose dicendo che solo una parte dei driver era disponibile al costo di circa 1500 Nessuno ci assicurava per che una volta acquistati i driver la macchina avrebbe sicuramente funzionato senza contare sul fatto che con 1200 si pu acquistare tutto l occorrente per costruire una stampante 3D a tecnologia Fdm vedi capitolo seguente Nonostante ci il Professor Berti riuscito a trovare una scheda madre compatibile alla nostra una volta re istallato tutte le componenti hardware abbiamo constatato che il sistema operativo funzionava perfettamente ma le schede per il controllo della Helisys 1015 non venivano riconosciute come detto in precedenza mancavano tutti 1 driver che interfacciano scheda madre alle schede di controllo L unica speranza rimasta era quella di trovare una scheda madre che fosse perfettamente identica a quella originale in modo che non ci fosse bisogno dell utilizzo dei driver Dopo un attenta ricerc
30. ca l assemblaggio fisico delle diverse parti in un pezzo di grosse dimensioni e serve per verificare se 1 componenti sono difficili da montare se certe distanze tra gli stessi sono sufficienti e se debba essere considerato un certo ordine nelle fasi di assemblaggio Per prototipi tecnici si intendono quei prototipi che hanno propriet meccaniche simili ai pezzi finali e che vengono realizzati per certificazioni verifiche di durata e verifiche di rispondenza alle norme di sicurezza Per pezzi finali si intendono produzioni di piccole serie max 500 pz in cui le macchine per la prototipazione realizzano un vero e proprio prodotto finito si parla di Direct Manufacturing Ma abbiamo un ulteriore funzione delle macchine per il R P finora mai citata essa denominata Rapid Tooling Essa infatti si occupa di quello che viene comunemente chiamato attrezzaggio rapido cio la realizzazione di anime modelli permanenti per Send casting e modelli a perdere in cera per Investment casting Insomma la prototipazione rapida non risolve solo il problema oggetto virtuale oggetto reale ma semplifica moltissimo sia tutto il processo di creazione di un nuovo oggetto sia la sua futura realizzazione Robert N Anthony 2008 pag 20 riassume cosi le fasi della nascita di un nuovo prodotto Identificazione delle esigenze Pianificazione del progetto Definizione delle specifiche Definizione dei modelli matematici Realizzazione del prototi
31. calcola il numero tipico di macchina K 0 9 da cui si ricavano il numero tipico di pressione e di flusso Dal numero di pressione otteniamo che la nostra girante reale progettazione mirata a massimizzare il rendimento idraulico dovr avere un diametro esterno di 800 mm Attualmente realizzare un prototipo in scala 1 1 risulterebbe come gi accennato scomodo e poco pratico senza contare sul fatto che lo dovremmo testare con 100 m c a a 10 m s Inoltre il nostro laboratorio per i test dispone di soli 10 m c a e di 0 5 m s Utilizzando le leggi di similitudine ricaviamo una fattore di scala pari a 3 3 di conseguenza 11 nostro prototipo sar realizzato in scala 1 3 3 e quindi con un diametro di 220 mm Ora per riprodurre lo stesso fenomeno dinamico il nostro prototipo sempre secondo le leggi di affinit dovr girare non pi a 500 rpm ma a circa 4000 rpm quindi la curva caratteristica ricavata grazie al prototipo sar la stessa della turbina reale Indicando con F forza in N v velocit in m s p densit Kg m g accelerazione gravitazionale m s w velocit angolare rad s Qy portata volumetrica m s D4 D2 r l by bz dimensioni geometriche in m Leggi d affinit dove non abbiamo la temperatura come variabile di processo F m T Cy noto come coefficiente di portanza P q2y2p 1 Wi noto come l inverso del numero di Reynolds b T 7 noto come
32. caso abbiamo impostato 1 driver in modo che garantiscano nei e motori una risoluzione angolare di pari a 0 1125 avendo un raggio di puleggia di 5 mm 16 corrisponde a 70um circa di spostamento minimo Le caratteristiche tecniche dei motori passo passo utilizzati sono alimentazione 3 4V corrente massima di alimentazione 1 7 A resistenza 20 induttanza 3mH coppia motrice massima 4000g cm pari a circa 0 4N m Per quanto riguarda l estrusore fig 1 e 2 e il piano riscaldante fig 3 essi sono cablati direttamente ai MOSFET ed utilizzano la maggior parte della potenza assorbita dall intero processo di prototipazione infatti nella figura della Sanguinololu si nota la morsettiera verde nella quale si collega l alimentatore della macchina Al contrario la parte digitale della scheda non viene alimentata dall alimentatore ma direttamente dalla porta usb 56 Diminuendo le dimensioni del foro estrusore fig 2 si possono ottenere risoluzioni di stampa maggiori a discapito per di una pi ridotta velocit di stampa nel nostro caso l estrusore scelto ha un foro d estrusione di due decimi di millimetro L unico limite che riguarda le macchine a tecnologia Fdm l impossibilita di avere l assoluto controllo sull estrusione essa infatti non pu essere attivata o fermata istantaneamente dato che possiede una sua inerzia Questa dovuta alla pressione con cui il filo viene accompagnato all interno dell estrusore pressione che a c
33. cosi da generare flusso magnetico concorde La seconda coppia polare facente capo agli stessi terminali genera flusso magnetico opposto Questa disposizione dei flussi verr sfruttata dal rotore multi stack vedi immagini sotto j pren WU x D AU RN M magnete permanente lamierini al silicio Il rotore composto da quattro stack per comodit nella figura sovrastante di destra sono stati raffigurati solo due stack cio da una serie di quattro cilindri contornati da cinquanta dentini garantiscono l anisotropia rotorica essenziale per il fenomeno della riluttanza variabile tra il primo stack ed il secondo abbiamo uno sfasamento di mezzo passo inoltre il primo stack in fase con il terzo e il secondo con il quarto La combinazione di 4 fasi dello statore e dei 50 denti del rotore consente al motore passo passo una risoluzione di 200 passi giro ottenendo quindi una risoluzione angolare di 1 8 360 200 Ovviamente la risoluzione angolare offerta dal motore insufficiente per ottenere la precisione di posizionamento desiderata ed proprio qui che subentrano i driver dei motori passo passo pilotando 1 motori in micro stepping Questo metodo di controllo consiste nella modulazione delle correnti inviate nelle fasi cosi da individuare una serie di posizioni di equilibrio tra quelle originarie del motore In base alla regolazione scelta possibile ottenere una risoluzione superiore di 8 16 o 32 volte Nel nostro
34. di una nuova macchina per il RP precisamente una RepRap a tecnologia Fdm Il progetto per la realizzazione del macchinario completamente open source ed possibile personalizzarlo secondo le proprie necessit Tutto inizi nel 2005 quando il docente universitario Adrian Bowyer dell Universit di Bath Regno Unito decise di fondare il progetto RepRap Replicating Rapid Prototyper Lo scopo di questo progetto era quello di dare la possibilit a chiunque di realizzare la propria stampante 3D a tecnologia Fdm limitando di molto le spese rispetto alle stampanti in commercio gi assemblate I materiali e le componenti utilizzate dovevano essere facilmente reperibili e alla portata di chiunque volesse cimentarsi nella costruzione della stampante Ovviamente dal 2005 ad oggi nel progetto RepRap si sono susseguiti tre modelli di stampanti tutte a tecnologia Fdm e con lo stesso principio di controllo e movimentazione il primo fu il modello Darwin vedi foto sopra con struttura a cubo il secondo Mendel a struttura prismatica triangolare e il terzo nato di recente Huxley rispetto al modello Mendel Huxley vanta dimensioni complessive inferiori al 30 Nelle pagine seguenti verr esposto il modello Mendel Prusa i2 esso stato realizzato ed ottimizzato dal laureando in ingegneria meccatronica Fabio Righetti dal laureando in ingegneria gestionale Riccardo Bertagnoli e dal sottoscritto Come gi citato in precedenz
35. ecnologia Fdm prima configurazione cfr 2 2 1 solamente che la torretta non trasporta alcun estrusore bens un sistema di specchi e un condotto atto a focalizzare il laser Sarebbe infatti sconveniente e complicato movimentare tutto l apparato che genera il fascio laser perci utilizzando un sistema di specchi fissi come inclinazione e non come posizione possibile spostare solo il fascio laser Il laser si muove sul piano XY mentre lo spostamento in Z verso il basso affidato al piano portapezzo Laser Speed mm sec a Heater Speed mm sec Temperature C Figura gt e O l Matton Schema di funzionamento di r Retract mm uno macchina a tecnologia Lom Notare l apparato per l apporto di nuova carta Il laser sempre Platform perpendicolare al piano porta Layer Thickness mm Feeder Speed pezzo mm sec Platform Speed mm sec Source Cubic Tecnology In aggiunta al sistema di movimentazione del laser abbiamo quello per l apporto di nuova carta da termo incollare Il suo funzionamento molto semplice una ruota in acciaio collegata ad un encoder si appoggia al rullo di alimentazione finito il processo di taglio il rullo per 24 l avvolgimento della carta non termo incollata inizia a prelevare nuova carta dal rullo di alimentazione l encoder conter la lunghezza del foglio srotolato e bloccher il processo quando tutta la superficie in lavorazione t
36. eghi universitari in particolare Massimo per avermi fatto apprezzare il tennis e per essere l interista maledetto ps ricordati che con Nadal non c Dokovic che tenga VAMOOOOSSSSSS Alessio per tutti i tragitti casa universit fatti insieme per aver suonato a qualsiasi cosa vedessimo per la strada e per tutti 1 trattori che mi ha fatto conoscere ed osservare Lorenzo per tutti 1 video delle drag race e non solo ps Rotta fa schifo e per tutte le cicche scroccate buone come le sue difficile trovarle Davide il secondo interista maledetto che ha cambiato il buon giorno di tutti noi usando delle immagini e che ha conquistato quasi tutte le fighe di Vicenza ps Buchetto ti saluta 67
37. entazione rispetto all asse Z anche la movimentazione in Y Alla torretta porta ugelli affidata solo la movimentazione lungo l asse X tutto ci dovuto ad un problema di inerzie infatti la torretta che contiene l apparato che liquefa e spruzza la cera oltre ad avere un determinato ingombro ha anche un determinato peso limitarne 1 movimenti essenziale per mantenere una buona precisione ed evitare il sovradimensionamento della struttura portante Solitamente le testine ospitano 530 ugelli ma si possono avere per ottenere modelli super precisi per Plaster Mold Casting testine che superano facilmente le migliaia di ugelli Durante questo processo essenziale il controllo di temperatura dell ambiente di stampa onde evitare ritiri da solidificazione che andrebbero a deformare il pezzo in creazione Nella figura la camera di stampa stata omessa per semplificare la visione dei componenti 29 Source Zcorp 2 0 2 Vantaggi e svantaggi La tecnologia Mjm gode di discrete velocit di prototipazione paragonabili al 3DP garantendo a discapito della resistenza ottime finiture superficiali la cera tende marcatamente a diminuire l energia superficiale inglobando le particelle spruzzate e creando cosi superfici continue e non rugose Conseguentemente questi modelli in cera vengono immersi ripetutamente in bagni di gesso o di sabbia da fonderia mista a leganti fino a quando lo strato sufficientemente spesso per resistere ad una col
38. ente il primo tipo di configurazione quella che utilizza il braccio robotico utilizzata in rari casi mentre la seconda configurazione quella che utilizza solo 3 assi assai meno costosa e largamente utilizzata Le stampanti acquistabili per uso domestico sono praticamente tutte a tecnologia Fdm e utilizzano tutte la seconda configurazione Figura A Nell immagine qui a fianco riportata una macchina per la prototipazione 3D a tecnologia Fdm che adotta la prima configurazione quella con braccio robotico a sel assi Figura B Nell immagine qui a fianco riportata una macchina per la prototipazione 3D a tecnologia Fdm che adotta la seconda configurazione quella a tre assi Source catalogo prodotti Leapfrog 10 2 2 2 Temperature e velocit Prima di iniziare il processo di prototipazione vero e proprio ci sono tre fasi essenziali che la macchina deve eseguire la prima consiste nell allineamento piano ugello in modo che una volta fissata la coordinata Z del piano tra ugello e piano d estrusione ci sia esattamente la stessa distanza lungo tutti 1 punti del piano si usa solitamente uno spessimetro la seconda consiste nel riscaldamento del piano d appoggio da dove partir la creazione del pezzo ad una temperatura che circa la meta della temperatura di fusione del polimero utilizzato vedi tabella sottostante e l ultima fase consiste nel riscaldamento dell estrusore e nella pulizia di quest ultimo
39. gante Ultimamente questa tecnica di prototipazione viene utilizzata al posto della M I M o metal injection molding Infatti il processo di iniezione all interno di una forma della polvere di metallo miscelata a polimero che funge da legante una volta raffreddato interamente sostituita dalla tecnologia 3DP i passi successivi del processo invece come l evaporazione del legante e la sinterizzazione del pezzo rimangono inalterate 23 2 7 Laminate object manufacturing Lom Questa tecnologia di prototipazione rapida fu ideata nel 1991 da Michael Feygin Tale processo di prototipazione prevede l utilizzo di un foglio di carta nel quale la parte inferiore impregnata con un legante che si attiva con il calore essa pu essere a base di etil vinil acetato oppure a base poliuretanica reattiva Il foglio viene steso lungo un piano e un rullo termoriscaldato viene fatto passare sopra al foglio in modo che esso si incolli allo strato sottostante poi un laser ritaglia sul foglio il contorno del prototipo questo contorno direttamente determinato nella sequenza di slicing oltre a questo fuori dai contorni il laser ritaglia il rettangolo principale che conterr il pezzo e una serie di quadri a contorno fisso 1 quali permetteranno di rimuovere il materiale in eccesso e scoprire il nostro prototipo Il processo procede in modo ciclico 2 7 Gestione e movimentazione assi La movimentazione gestita esattamente come una macchina a t
40. i da ufficio La seconda modalit chiamata Piezo electtrica e prevede appunto l uso di un cristallo posto all interno dei condotti che portano fotopolimero all ugello una volta che il cristallo riceve una carica elettrica esso si contrae spingendo il fotopolimero Dato che queste due configurazioni eiettano inchiostro solo quando richiesto esse sono note anche con il nome di Drop on demand Va sottolineato che la prima modalit la Bubble Jet non molto usata nelle stampanti 3D a tecnologia Polyjet dato che la resistenza oltre a creare la bolla di vapore va a riscaldare il fotopolimero stesso Molti fotopolimeri ifatti non possono eccedere oltre ad una certa temperatura altrimenti si andrebbe ad alterare la natura del polimero Stesso La velocit di una stampante 3D Polyjet notevole anche se inferiore sicuramente ad una stampante a tecnologia 3DP e sicuramente maggiore rispetto ad una tecnologia Fdm I fotopolimeri utilizzati in questa tecnologia devono avere basse viscosit in modo che la loro eiezione possa avvenire con facilit e continuit Di seguito sono riportate alcuni fotopolimeri utilizzati per la tecnologia Polyjet 20 UTS MPa Young s modulus GPa FC800 40 55 2 5 2 7 2 5 3 Vantaggi e svantaggi La stampante 3D a tecnologia Polyjet molto apprezzata per la possibilit di ottenere oggetti 3D aventi una grande variet di colori ecco perch queste stampanti sono largamente utilizzate solo nel
41. i radiazione Il polimero richiede una determinata quantit di energia per polimerizzarsi L energia del laser viene assorbita dal polimero in accordo alla legge di Beer Lambert l esposizione decresce esponenzialmente con la profondit secondo la relazione EA D P dove E z Eg e Eo l esposizione in energia per area della superficie z 0 e Dp la profondit di penetrazione del laser ad una specifica lunghezza d onda essa una caratteristica del polimero e 7 laprofondita a cui si vuole calcolare l esposizione Alla profondit di reticolazione il polimero viene esposto ad una energia per area sufficiente per essere trasformato in gel o FE Sc Dp D dove E E e E lesposizione necessaria per trasformare il liquido in lavorazione in un gel e C4 la profondit di reticolazione Risolvendo il tutto per la profondit di reticolazione otteniamo RUNE E d p ne che rappresenta lo spessore al quale il materiale ha polimerizzato trasformandosi in un gel Qui subentra il software di controllo che appositamente sovrappone gli strati in modo che una zona trasformata in gel riceva ancora radiazioni solidificandosi quasi completamente Riporto nella tabella sottostante alcuni dei fotopolimeri maggiormente utilizzati UTS Fotopolimero Young s modulus GPa l l l a MPa Questi valori sono stati ricavati da provini completamente reticolati mediante camera a lampade UV WaterSheld 11120 Pr
42. ico o una sinterizzazione nel caso stessimo utilizzando polveri metalliche o ceramiche Le polveri tipicamente utilizzate possono essere ABS Nylon PVC cere Resine epossidiche alluminio leghe d acciaio bronzo titanio tungsteno zirconia allumina carburo di silicio e sabbie da fonderia per alcuni materiali ceramici si ancora in fase di sperimentazione Si parla di processo DLS Direct Laser Sintering se la sinterizzazione avviene durante la creazione del prototipo richiede laser al CO molto potenti altrimenti si parla di ILS ndirect Laser Sintering quando la vera e propria sinterizzazione avviene dopo la creazione del prototipo in un forno apposito Per il secondo tipo di procedura la ILS le polveri di metallo di ceramico o di sabbia da fonderia contengono al loro interno una percentuale di polimero e sar proprio questo che permetter al laser di legare la polvere infatti il pezzo finito sar si di metallo di ceramico o di sabbia ma il vero legante tra tutte le particelle il polimero Successivamente mediante la cottura in forno del pezzo si fa subliminare o evaporare il polimero procedendo con la vera e propria sinterizzazione Ovviamente l errore sul posizionamento del laser dipende molto dal costo del macchinario valori tipici si aggirano intorno ai 5 10 um per le polveri metalliche mentre per polimeri attorno ai 40 100um Pre 2 4 1 Gestione e movimentazione assi nx Powder Feed Roller Ne FA S R
43. imero liquido quest ultimo infatti viene posto in un recipiente e un fascio laser con intensit pari all energia richiesta dal polimero per reticolarsi investe lo stesso fotopolimero e lo reticola solidificandolo Anche la Sla come la Fdm un processo per strati Nel mercato sono presenti moltissime ricette per comporre un fotopolimero in base alle proprie necessit da quelli ultraresistenti con valori di UTS che sfiorano gli 80 MPa fino a quelli meno prestazionali che hanno una UTS intorno ai 32 MPa L errore sul posizionamento del laser compreso tra un massimo di 17 e un minimo di 2um Ci che per limita notevolmente l assoluta precisione del pezzo lo spessore minimo di fotopolimero che il laser riesce a solidificare esso si aggira intorno ai 100 150um 2 3 1 Gestione e movimentazione assi Tutto inizia dal piano porta pezzo immerso nel foto polimero Anche in questo caso abbiamo due configurazioni possibili nella prima il piano porta pezzo rivolto verso l alto e man mano che il laser solidifica il polimero esso affonda sempre pi ricoprendo le parti fotoindurite con polimero non reticolato fig 1 la seconda configurazione invece prevede che il piano porta pezzo sia 12 rivolto verso il basso e che man mano che il laser solidifica gli strati di polimero esso si sposti verso l alto uscendo dalla vasca che contiene il fotopolimero fig 2 Laser HeCd Liquido fotosensibile Source
44. ins 2008 Test and Cases second edition Milano McGraw Hill Giuseppe Veltrone 2006 Macchine per allievi ingegneri seconda edizione Padova Libreria Internazionale Cortina Emilio Chirone Stefano Tornincasa 2006 Disegno Tecnico Industriale 2 prima edizione Torino Il Cpitello Siti consultati Associazione italiana prototipazione rapida http www apri rapid it 3D System web site http www 3dsystems com Reprap project http www reprapworld com Cubic Technologies http www cubictechnologies com AmoRetro components http www amoretro de 65 Ringraziamenti Ringrazio prima di tutto 1 miei genitori per avermi dato la possibilit di compiere questi studi e per l anno extra che mi hanno concesso Ringrazio il Prof Berti per avermi fatto da relatore e per avermi dato l opportunit di conoscere da vicino il mondo del R P Ringrazio inoltre Anna mia sorella per 1 consigli e l impaginazione di questa tesi Ringrazio 1 ragazzi Plumake Riccardo Bertagnoli e Fabio Righetti per il tempo dedicatomi e per avermi reso partecipe dei vostri progetti Ringrazio la mia dolce Valentina per avermi dato una mano a compilare l infinit di scartoffie per la domanda di laurea e per essere stata un esempio da seguire per quanto riguarda studio e dedizione Ringrazio anche Gloria e Giacomo per le chiacchierate nel dopo pranzo alla solita ora nel solito posto sotto ogni genere di intemperie Ringrazio 1 miei coll
45. integrato nella scheda rossa il quale a sua volta riceve istruzioni da un computer direttamente dalla porta usb Come si nota nello schema tutti 1 motori sono controllati a catena aperta quindi senza l ausilio di encoder o di qualsiasi altro dispositivo che ne verifichi l effettiva rotazione Per l estrusore e il piano riscaldante invece si ha un controllo in retroazione mediante termistori da 100K 2 X axis Y axis 2 Z axis motors Extruder Motor b Extruder Extruder Powet Supply 53 La scheda posta al centro una Sanguinololu ver 1 3a realizzata appositamente da una ditta coreana per il modello Mendel Prusa 12 La sua funzione quella di tradurre le informazioni in coordinate macchina derivanti del computer in impulsi elettrici atti a movimentare 1 5 motori 54 stepper Il nome della scheda richiama anche il nome della ditta Pololu che produce 1 driver per i motori passo passo in questione I driver per 1 motori modello A4988 altro non sono che delle piccole schede cablate e tarate per garantire una determinata risoluzione angolare del motore Nella foto seguente i driver sono 1 quattro quadratini verdi sono 4 e non cinque dato che 1 due motori che movimentano l asse Z sono collegati in parallelo Si possono notare anche 1 MOSFET che regolano sotto il controllo del processore la corrente che passa per il resistore che scalda l estrusore e la corrente che passa per la lastra PCB a sua volta scald
46. ione di qualsiasi oggetto La possibilit di realizzare oggetti 3D d enormi vantaggi ci da l idea concreta dell oggetto finale il suo ingombro la sua funzionalit e maneggevolezza individua anche la sua precisione e la sua fattibilit sia in ambito produttivo che in ambito realizzativo Perch utilizzare la prototipazione per realizzare un oggetto 3D reale quando in ambito progettuale abbiamo la pi svariata scelta di programmi per la modellazione solida La risposta e molto semplice passare dal mondo virtuale al mondo reale in ambito progettuale un notevole passo avanti scovare eventuali problemi di funzionalit nel posizionamento del pezzo e soprattutto quelli di montaggio essenziale per evitare un futuro blocco della linea produttiva senza contare sul fatto che un modello reale chiarisce e semplifica la verifica concettuale di qualsiasi problema Durante la fase sviluppo di un nuovo prodotto solitamente vengono realizzate le seguenti tipologie di prototipi Modelli concettuali gt Prototipi per la validazione gt Prototipi tecnici gt Pezzi finali Per modelli concettuali si intende solo la rappresentazione fisica di un modello e le conseguenti valutazione di stile ed ergonomiche verifiche di progetto valutazioni di costo Per prototipi per la validazione si intende invece modelli finalizzati a test funzionali aerodinamici ed idrodinamici prove e verifiche di assemblaggio mock up fisici Con quest ultimo si indi
47. ione meccanica risulterebbe troppo costosa e complicata da eseguire Oltre ai vantaggi economici un altro vantaggio rilevante di questa tecnologia la possibilit di creare oggetti con elementi alto fondenti come titanio e tungsteno Per quanto riguarda le caratteristiche dei prototipi sia in polimero sia in metallo ottenuti mediante Sls essi hanno ottime finiture superficiali e ottime propriet meccaniche Inoltre non si hanno pi i problemi di sostegno pezzo come nelle tecnologie Sla e Fdm infatti la polvere non fusa non sinterizzata funge da sostegno del prototipo in costruzione Da sottolineare anche il largo uso di questo macchinario per produrre anime in sabbia per il R T cfr 1 0 Uno dei pochi svantaggi di questa tecnologia che il pezzo finito esce dal macchinario ricoperto da una polvere molto compatta di metallo o polimero La maggior parte della polvere la si rimuove mediante raschietti oppure con piani vibranti che ne facilitano il distaccamento per pulire invece le superfici le quali possono essere molto articolate si prosegue con un processo di sabbiatura ovviamente nell ordine di alcuni bar di pressione Un ultimo svantaggio che si pu attribuire a questa tecnologia di prototipazione il costo del macchinario stesso Solitamente ogni macchinario a tecnologia Sls realizzato per lavorare con un determinato tipo di polvere polimeriche metalliche o ceramico Per quanto riguarda le polveri esse sono difficili da p
48. ioni Il prototipo uscente contenuto in un parallelepipedo formato da fogli di carta termo incollati La rimozione risulta difficoltosa e laboriosa nonostante la famosa struttura a cubi del volume che 25 contiene il pezzo Come si nota dall immagine 1 cubetti vengono staccati mediante l ausilio di spatole e scalpelli processo molto delicato e laborioso Altro svantaggio di questa tecnologia qualunque sia la dimensione del pezzo da prototipare si ha una grande ae tiranni inefficienza per quanto riguarda la quantit di materiale 20 ET T realmente utilizzata per il prototipo e quella utilizzato C 4 lungo tutto il processo di creazione Nella figura qui sopra di nota come circa il 60 70 del materiale utilizzato sia scarto e soprattutto irrecuperabile 2 8 Film transfer imaging Fti Questa tecnica e stata recentemente sviluppata dall azienda 3D System e nasce da un esigenza di tipo economica realizzare una stampante 3D ad altissima precisione limitando 1 costi I progettisti della 3D System hanno pensato ad un metodo alternativo usare sempre un fotopolimero liquido che non pi spruzzato direttamente sul pezzo in sostruzione ma viene depositato su di un piano trasparente ai raggi UV nella figura 1 material tray Successivamente il piano portapezzo viene messo in contatto con il fotopolimero figura 2 e viene polimerizzato il tutto Il generatore UV altro non che un proiettore infatti esso fotopolimeri
49. ispetto ai casi precedenti la Tecnologia Sls Scan Direction prevede una sola configurazione standard gt come quella in figura La creazione del pezzo avviene dal basso verso l alto il piano porta pezzo prima del passaggio del Powder Feed Cartridge rullo abbassa il nostro oggetto 1 dispenser Build Envelope di polvere invece salgono mostrando un Piston Powder Fae nuovo strato di polvere il rullo Source 3D System Cartridge controrotante spalma questo strato lungo tutto il piano portapezzo e lo compatta il laser in seguito procede con la sinterizzazione o fusione Come si nota nella figura ci sono due serbatoi di polvere in modo da poter avere un processo di distribuzione di polvere pi efficiente infatti 11 rullo ad ogni cambio lato esegue una distribuzione di polvere Nelle prime macchine non era presente il secondo serbatoio di polvere e il rullo doveva compiere due volte lo stesso tragitto allungando di molto i tempi di prototipazione Per quanto riguarda la movimentazione del laser non cambia praticamente nulla rispetto alla tecnologia Sla se non per la potenza del laser cfr 2 3 1 16 2 4 2 Microfusioni Sinterizzazione e rullatura Ci che rende questa tecnologia innovativa e molto apprezzata sotto tutti 1i punti di vista proprio il principio base con cui essa funziona La sinterizzazione come processo di creazione partendo da polveri metalliche o ceramico un processo rivoluzionario sotto
50. l ambito della creazione di modelli concettuali e modelli per la validazione Questo dovuto al fatto che la resistenza ad eventuali test funzionali molto limitata e soprattutto l esposizione al sole di questi fotopolimeri provoca un veloce deterioramento della struttura polimerica portando ad una irreversibile depolimerizzazione Uno dei vantaggi di questa tecnologia consiste proprio nella velocit con cui in grado di realizzare 1 prototipi Per quanto riguarda il prototipo uscente dalla macchina esso ha bisogno di un lavaggio per rimuovere la cera o eventualmente il gel rigido che costituiscono le strutture di sostegno se i sostegni sono fatti da cere si usano solitamente dei solventi che non intaccano ovviamente il polimero fotoreticolato se invece per 1 sostegni si utilizza il gel si pu adoperare tranquillamente un getto d acqua essendo il gel idrosolubile Per aumentare ulteriormente la resistenza dei pezzi e la qualit della finitura superficiale si possono immergere i prototipi in bagni di resine o vernici che penetrando nelle cavit riempiono 1 pori superficiali 2 6 Three dimensional printing 3DP Il progetto nasce da un brevetto del M I T di Boston Questa nuova tecnologia di prototipazione consiste di due fasi nella prima viene stesa una polvere polimerica ad esempio ABS ma potrebbe anche essere una polvere di gesso di ceramico o anche di amido successivamente un ugello spruzza del legente colla nei punti de
51. lla compattazione accresce la tensione superficiale tra 1 grani di polvere favorendo quindi la rimozione delle porosit e lo sviluppo di forti legami tra le particelle Nelle polveri metalliche viene aggiunto un lubrificante per facilitare l azione di compattazione del rullo esso varia dal 0 5 al 5 sul peso della polvere Il lubrificante pi comunemente usato l acido Stearato di zinco C36H700uZn Qui di seguito sono elencati le polveri comunemente usate Presenza di Sinterizzazione Sinterizzazione Materiali lubrificante diretta DLS indiretta ILS DSM Somos 201 Leghe d alluminio Leghe di bronzo solo diretta prevalentemente 17 Titanio raramente prevalentemente tungsteno raramente prevalentemente 2 4 3 Vantaggi e svantaggi Tra tutte le tecnologie di R P questa sicuramente la pi apprezzata e versatile essa infatti pu utilizzare non solo materiali polimerici termoplastici ma anche polveri metalliche come quelle di titanio alluminio magnesio e zinco Solitamente i prototipi derivanti da polveri metalliche es Ti sono dei veri e propri prodotti finiti poich essi vengono successivamente applicati all interno di macchinari o altri dispositivi meccanici La Tecnologia Sls infatti nata come tecnologia di prototipazione ma oggigiorno utilizzata sempre pi come macchina di produzione ovviamente non per la produzione a lotti bens per la produzione di pezzi singoli e complessi dove una usuale lavoraz
52. massime di prototipazione ottenibili sono all incirca di 250mm s La velocit di prototipazione inoltre condiziona anche il riempimento del prototipo in costruzione se si imposta il macchinario affinch realizzi un prototipo con riempimento del 100 allora di conseguenza le velocit devono essere limitate a valori inferiori a 150mm s si ricorda che comunque impossibile ottenere riempimenti del 100 vedi inizio paragrafo L ultimo aspetto condizionato dalla velocit di prototipazione l errore di posizionamento estrusore A velocit basse ad esempio 80mm s si riesce ad ottenere un errore di un decimo di millimetro per alte velocit invece ad esempio 230mm s l accuratezza diminuisce determinando un errore di oltre 3 decimi di millimetro 58 4 6 Pro e Contro del progetto RepRap Gli svantaggi del progetto RepRap derivano essenzialmente dal limite intrinseco della tecnologia Fdm Prototipi con elementi a sbalzo sono difficilmente realizzabili se non aggiungendo una moltitudine di strutture di supporto le quali per durante la loro rimozione a processo finito rischiano di compromettere la finitura superficiale del prototipo Infatti partendo da una struttura a base circolare si pu avere una divergenza con pendenza massima del 50 senza dover apportare strutture di sostegno I vantaggi di questo progetto sono moltissimi esso permette di realizzare una stampante conforme alle proprie esigenze capace di prototipare oggetti 3D in s
53. mi Per chi invece volesse proseguire il progetto di riparazione e settaggio qui di seguito trover la in foto tutto il cablaggio tra macchina e computer e alcune procedure di setup allineamento e focalizzazione laser e regolazione rullo riscaldante 3 3 Collegamenti computer Helisys 1015 Come precedentemente scritto la scheda madre del computer un modello molto datato Essa prevede ancora l utilizzo degli slot ISA a 16 bit nelle quali sono alloggiate le schede di controllo Le schede installate vedi figura seguente sulla scheda madre sono 6 1 scheda per il controllo e gestione del laser 2 scheda per la gestione del rullo riscaldante e la movimentazione dell apparato carta 3 scheda modem per l assistenza telefonica 4 scheda ethernet 5 scheda per il collegamento delle periferiche di memoria 6 scheda video 34 35 Per quanto riguarda la loro disposizione sulla scheda madre si devono rispettare 1 vari indirizzi associati alle schede quindi fondamentale riporle nelle apposite porte ISA fare affidamento alla figura seguente 1i numeri riposti sulle varie porte corrispondono al numero delle scheda da Inserire Invece per il collegamento di tutti 1 dispositivi di input ed output cio 1 collegamenti tra macchina e computer vedi immagine seguente abbiamo e cavo seriale 1 per il collegamento del mouse nella foto SRL 1 da collegare nella porta etichettata SRL 1 e cavo seriale 2 per il
54. nfigurazione richiede una vasca molto meno voluminosa essa di fatto deve contenere solo il liquido per la creazione del modello e solo per la fase iniziale anche il piano portapezzo Meno volume significa meno fotopolimero con cui riempire la vasca quindi la seconda configurazione da preferire se si vogliono limitare 1 costi di prototipazione Tra le due configurazioni c ancora un altra sostanziale differenza la prima richiede una racla per assicurare che sulla superficie polimerizzata si distribuisca il nuovo polimero da polimerizzare al contrario la seconda sfrutta sia il fatto che la superficie del pezzo in lavorazione sia completamente sommersa sia l effetto capillare che la porzione di prototipo reticolato compie sul fotopolimero l apporto di nuovo fotopolimero avviene in modo naturale ed automatico quindi il macchinario pi semplice e meno costoso 2 4 Selective laser sintering Sls La tecnologia Sls selective laser sintering a differenza della tecnologia Sla non parte da un fotopolimero liquido ma da una polvere ultrafina che pu essere di polimero termoplastico metallo sabbia ista polimero o di ceramico Il principio di funzionamento relativamente semplice uno strato di polvere viene steso e rullato con cura in modo da creare un piano uniforme subito dopo un laser fornisce il calore necessario affinch nel punto colpito avvenga la 15 fusione nel caso stessimo utilizzando polveri di polimero termoplast
55. ntatto tra filo e cilindro materiali come il PLA hanno un bassissimo coefficiente d attrito quindi per garantire una corretta alimentazione dell estrusore richiedono maggior pressione Il motore passo passo dedicato all alimentazione dell estrusore movimenta iui Z 44 da dua NC i j mediante un rapporto di trasmissione t i 4 4 il cilindro zigrinato con il pedice 1 si 1 indica la ruota conduttrice con il pedice 2 si indica la ruota condotta Servono infatti velocit di rotazione molto ridotte basti pensare che il diametro del filo apportato di 1 75mm mentre il diametro dell estruso senza tener conto del fenomeno rigonfiamento di soli 0 1 mm Ragionando in termini di portata se si volesse una velocit di prototipazione di 150mm s l estruso dovrebbe fluire almeno con la stessa velocit nella pratica la velocit dell estruso di poco superiore alla velocit di prototipazione in modo da garantire la copertura del percorso tracciato con alcuni passaggi algebrici si ottiene che la velocit d entrata del filo da estrudere per garantire una velocit dell estruso di 150mm s di 0 49 mm s Il rapporto di trasmissione aumenta anche la coppia del motore ci essenziale se si vogliono impostare alte pressioni di presa 4 3 Cablaggio generale Lo schema seguente riassume con estrema accuratezza tutto il cablaggio della macchina Si tratta di circuiti in corrente continua il tutto controllato da un processore
56. nto dei prototipi 4 5 Velocit prototipazione e materiali utilizzati Per 1 materiali si rimanda al 2 2 2 ricordiamo solo che il polimero termoplastico pi utilizzato l ABS date le sue ottime caratteristiche sia meccaniche sia di lavorabilit Per quanto riguarda il coefficiente di riempimento esso esprime la percentuale sul volume totale del pezzo effettivamente riempito dal polimero estruso Come gi citato nel 2 2 3 non possibile raggiungere riempimenti pari al 100 e allo stesso modo non possibile ridurre il riempimento sotto l 11 quest ultima limitazione deriva dal fatto che la struttura deve poter autosostenersi durante il processo di prototipazione Il riempimento degli oggetti solidi avviene sempre per piani secondo varie configurazioni a sovrapposizione parallela solitamente 1 bordi sono sempre costruiti secondo questa metodologia a sovrapposizione intrecciata o anche a nido d ape quando si vuole aver un coefficiente di riempimento inferiore al 70 Per quanto riguarda l assorbimento di potenza durante la prototipazione nel caso pi critico massima velocit ed alte temperature sia nell estrusore che nel piano portapezzo la macchina richiede circa 600W di potenza normalmente infatti la si alimenta mediante un alimentatore per computer Per quanto riguarda le velocit di prototipazione esse dipendono dal polimero termoplastico utilizzato e dalla finitura superficiale del prototipo che si vuole ottenere Le velocit
57. o da nodi per il telaio sostegni per 1 motori passo passo blocco cinghie e tendi cinghie e organi di trasmissione per il sistema di alimentazione dell estrusore sostegni motori movimentazione asse Z e sostegno barre lisce insieme A nodi per la struttura con piedini d appoggio insieme B sostegni cuscinetti barre filettate per movimentazione asse Z insieme C sostegno estrusore insieme H sostegno motore e porta puleggia per movimentazione asse X con sostegno barre lisce insieme D e G sostegno motore movimentazione in Y insieme I sostegni barre lisce per movimentazione in Y insieme L fissaggi barre lisce asse Z insieme M blocca cinghie asse X e Y insieme N pezzi non contrassegnati sono per il sostegno dell elettronica 3 Componenti elettroniche e motori passo passo e 5 motori passo passo bipolari e 3 switch di fine corsa e 4 driver per motori passo passo A4988 Pololu e scheda principale Sanguinololu versione 1 3a derivata dall Arduino e resistenza per l estrusore e 2termistori da 100 KC e piano riscaldante e gruppo di alimentazione 12V non inferiore a 500W 4 2 Costruzione telaio e installazione guide di movimentazione Il telaio della Mendel Prusa 12 altro non che una semplice struttura reticolare prismatica suddivisibile in due telai triangolari foto 1 che contribuiscono a sorreggere la struttura e da barre orizzontali foto 2 che collegano 1 due triangoli garantendo rigidit
58. ole poche ore Per quanto riguarda l elenco dei siti Web dove poter reperire il materiale necessario alla realizzazione di una RepRap Mendel Prusa 12 si veda la tabella seguente Costo al NGN o pezzo http reprapworld com p 55 00 55 11 55 roducts details amp products 1d 94 amp cPath 1614 http reprapworld com p 9 99 39 96 5 Motori Stepper Driver Pololu roducts details amp products 1d 92 amp cPath 1591 159 9 B http reprapworld com p roducts details amp products 1 zd Ene id 157 amp cPath 1591 16 223 17 http reprapworld com p roducts details amp products 1d 66 amp cPath 1591 161 2 4 B http reprap me epages re prap nu 4149051 sf en U RepRap PCB Heatbed S ObjectPath Shops rep MK2 Deluxe Kit SOLE Ee 3 DR rap_nu_4149051 Products 22RepRap 20Heatbed 20Deluxe 22 59 Sanguinololu ver 1 3a 46 21 46 21 1 1 x Ventoline raff 30 30 3 2 49 747 1 05 8 52 Pezzo Estrusore ni B i http www amazon it s 1 e UTF8 amp keywords corsa Alimentatore CX430 ir cx 430 amp tag slhyin 1 44 44 44 corsair SR S i 21 amp index aps amp hvadid 1 4664817754 amp ref pd_sl 4 adnl2156b b http shop sharebot it AB Bobina ABS 3mm 1kg 16 99 16 99 20 6 E TASTO r3 B vb o B p B MEM http www lulzbot com Estrusore 1 120 00 120 120 q products budaschnozzle 12 w 05mm nozzle http www igus it wpck d Cuscinetti lineari 12 4 00 48
59. ome made a tecnologia Fdm chiamata RepRap Mendel Prusa 12 Si noter infatti come molti pezzi derivanti dallo smantellamento conversione dalla Helysys 1015 siano completamente riutilizzabili nel progetto RepRap Indice Sommario p Il Indice p V Introduzione p 1 CAPITOLO 1 Uno sguardo d insieme p 3 1 0 La prototipazione rapida p 3 1 1 R P e test funzionali in scala p 4 CAPITOLO 2 Tecnologie per la Prototipazione Rapida p 7 2 0 Un po di storia p 7 2 1 Tecnologie di Prototipazione rapida e aspetti preliminari p 7 2 2 Fuse Deposition Modeling p 9 2 3 Stereolithography p 12 2 4 Selective Laser Sintering p 15 2 5 Polyjet p 19 2 6 Three Dimensional Printing p 21 2 7 Laminate Object Manufacturing p 24 2 8 Film Transfer Imaging p 26 2 9 Multi Jet Modeling p 29 CAPITOLO 3 Riparazione e revisione Lom Helisys 1015 p 31 3 0 Introduzione e storia della tecnologia Lom p 31 3 1 Specifiche tecniche generali della Lom Helisys 1015 p 31 3 2 Analisi problemi p 32 3 3 Collegamenti computer Helisis 1015 p 34 3 4 Allineamento focalizzazione laser e controllo cinghie movimentazione p 39 3 5 Rullo riscaldante 3 6 Operazioni per l accensione CAPITOLO 4 Stampante Home made e progetto RepRap 4 0 Presentazione modello Mendel Prusa i2 4 1 Componenti 4 2 Costruzione telaio e installazione guide movimentazione 4 3 Cablaggio generale 4 4 Software 4 5 Velocit prototipazione e materiali utilizzati 4 6 Pro e Contro del progetto
60. on il tracciato elicoidale di 51 filettatura destrorso solidale alle guide di scorrimento dell estrusore quindi ad una rotazione oraria del motore passo passo corrisponde un abbassamento dell estrusore nel verso negativo dell asse Z il sistema di riferimento usato coincide con quello dell immagine 4 Per mantenere l ortogonalit fra le tre direzioni di movimentazione il macchinario utilizza delle barre lisce sulle quali scorrono delle cuscinetti in tecnopolimero per una maggiore precisione si possono sostituire con cuscinetti lineari a ricircolo di sfere Nella foto 8 sono evidenziate tutte le barre lisce utilizzate per gli spostamenti estrusore piano porta pezzo Per quanto riguarda il congegno d alimentazione dell estrusore come sappiamo il polimero arriva all estrusore sottoforma di filo con 01 75 il suo funzionamento si basa su un meccanismo molto semplice si tratta di un cilindro zigrinato in ottone posto in rotazione da un motore passo passo che lavora in opposizione ad un cuscinetto a sfere Il filo quindi intrappolato tra la il cilindro che oltre ad 52 essere zigrinato ha anche la sagoma in negativo del filo e il cuscinetto La ruote dentata ruota in modo da spingere all interno dell estrusore 11 filo vedi foto 9 Cilindro zigrinato Foro che va all estrusore La distanza tra il cilindro zigrinato e il cuscinetto ovviamente regolabile in modo da aumentare o diminuire la pressione di co
61. ototool 20Lb 2 59 14 2 3 3 Vantaggi e svantaggi I vantaggi di questa tecnologia di prototipazione risiedono solo sul pezzo finito In altre parole i macchinari per la stereolitografia sono molto costosi difficili da calibrare e sopratutto 1 polimeri utilizzati non sono certamente economici al contempo il pezzo finito ha ottime finiture superficiali ottime tolleranze geometriche e dimensionali rispetto al modello virtuale 3D AI contrario della tecnologia Fdm con la tecnologia Sla possibile realizzare forme molto pi complesse 1 sostegni possono essere ridotti moltissimo dato che lo stesso liquido funge da sostegno per la superficie in creazione Per quanto riguarda gli svantaggi ce ne sono tre di veramente rilevanti il primo consiste nel fatto che il pezzo finito deve essere lavato dal polimero liquido in eccesso che ancora lo bagna il secondo che per ottenere le resistenze precedentemente elencate vedi tabella sovrastante tutto il polimero deve essere ben reticolato ci possibile solamente ponendo il pezzo in una camera a lampade fluorescenti per un determinato periodo esso dipende dallo spessore massimo dell oggetto Come citato in precedenza la tecnologia Sla ha due configurazioni cfr 2 3 1 la differenza sostanziale tra le due che la prima richiede un enorme vasca e grandi quantit di fotopolimero infatti il piano porta pezzo affondando sempre pi spazia un volume considerevole mentre la seconda co
62. pi ovvero drop per inch con valori attorno ai 200 dpi per assi X e Y e con valori di 1270dpi per l asse Z Figural Una tipica analisi fem stampata in 3D permette di semplificare verifiche concettuali e correzioni del modello Source MCAD 3D Printing 2 5 1 Gestione e movimentazione assi Per quanto riguarda la movimentazione essa funziona esattamente come quella utilizzata nella tecnologia Fdm si intende quella di seconda configurazione a 3 Abbiamo sempre il controllo degli assi X Y e Z dove X e Y sono gestiti dalla testina porta ugelli mentre l asse Z gestito dal piano porta pezzo vedi immagine seguente 19 Jetting Head XK axis j a 7 Yaxis UV Light Fullcure M Model Material Fullcure S Support Material Build Tray LO Zaxis Source Statasvs Industries 2 5 2 Microgetti e velocit La tecnologia dei microgetti stata largamente migliorata per il mercato della stampante inkjet Ci sono due differenti configurazioni per quanto riguarda la modalit con cui viene espulso il fotopolimero La prima modalit chiamata Bubble Jet e consiste in una resistenza sommersa dal fotopolimero essa viene riscaldata fino ad un centinaio di gradi in pochi millisecondi generando intorno a s una bolla di vapore la cui pressione fa espellere all ugello una micro goccia di fotopolimero questa tecnologia fu sviluppata e migliorata da Hp e Canon per le comuni stampant
63. piano portapezzo quando quest ultimo si trova nella posizione di massima elevazione La distanza tra l uscita dal tunnel di focalizzazione e il piano portapezzo deve essere di 50 8 1 mm Non necessaria un assoluta precisione poich possiamo compensare l errore sulla distanza modificando la messa a fuoco del punto laser sul piano porta pezzo Se vero per che la distanza tra tunnel focale e piano portapezzo non richiede molta accuratezza rispettando ovviamente la forcella data 50 5 1mm vedi foto 8 al contrario questa distanza deve essere la stessa per tutti 1 punti del piano portapezzo 42 e Tunnel focale 50 8 1mm 111121333222 22222DCDUUAUUL A 4 Piano portapezzo 444414141143311 E Nel caso in cui questa distanza non fosse garantita per tutti 1 punti si procede alla regolazione di 4 viti posizionate agli angoli del piano portapezzo fino a che il piano creato dal movimento del laser in X e Y eil piano portapezzo non sono esattamente paralleli vedi foto 9 Per quanto riguarda la movimentazione la Lom Helisys 1015 utilizza una sistema di motori che azionano delle cinghie esse devono sempre essere tese e non devono mostrare alcun segno di spanciamento altrimenti sarebbe compromessa l accuratezza sul posizionamento del laser Le cinghie fondamentali sono quattro due riguardano il movimentano del laser lungo X e Y foto 10 mentre la terza e la quarta si occupano della movimenta
64. po fisico 4 oviluppo e scelta materiali Test sul prototipo Correzione ed eventuale riprogettazione Prodotto finale 1 1 R P e test funzionali in scala Nell immagine sovrastante ho voluto evidenziare oltre alla voce Realizzazione del prototipo fisico anche la voce Test sul prototipo Come approfondir pi avanti alcune tecniche di prototipazione permettono la realizzazione di oggetti in grado di sopportare test funzionali Ovviamente realizzare 1 prototipi in scala 1 1 risulta spesso complicato se non addirittura sconveniente dato che le dimensioni dell oggetto finale sono molto grandi e di conseguenza essi sono in scala Per poter effettuare un test fisico su di un modello in scala Giuseppe Veltrone suggerisce di utilizzare le leggi di affinit Le leggi di affinit o leggi di similitudine permettono di trasferire 1 risultati dello studio e della sperimentazione condotti su una macchina o su un oggetto assunti come modello a una o pi macchine od oggetti di dimensioni diverse Riporto un piccolo esempio per chiarire quanto appena detto mediante un software per la modellazione solida realizziamo la girante di una turbina Francis Sappiamo che il battente d acqua disponibile del nostro bacino di 100 m c a con una portata di 10 m s e che la nostra turbina dovr girare a 500 rpm Ora noi in laboratorio abbiamo solo 10 m c a disponibili e una portata di circa 0 5 m s Dai dati si
65. rcio Nel 3 2 si era accennato al fatto che molti pezzi derivanti dallo smantellamento della Lom Helisys 1015 siano riutilizzabili nel progetto RepRap Nella tabella seguente si elencano 1 pezzi prelevati dalla Lom Helysis 1015 e la loro finalit di utilizzo nel progetto RepRap Comp recuperato Finalit di utilizzo nel Immagine dalle Helisys 1015 progetto RepRap Motori passo passo da Movimentazione asse X e x inoltre grazie all utilizzo degli encoder si annesso encoder e potr avere un controllo in retroazione anche sulla movimentazione trasmissione ved 4 3 mex Richiesti 2 pez 200step giro con puleggia di Barra trapezoidali con u Anzich compiere la annessa chiocciola a movimentazione lungo ricircolo di sfere lasse Z mediante due 1 pez O barre filettate usando una barra trapezoidale e 2 barre lische di guida si ottiene lo stesso risultato WHERE HERR se non migliore ine 63 Piano portapezzo con Piano portapezzo baster annesso dispositivo di rimuovere il pannello in regolazione alluminio nella foto quello forato e aggiungerci un piano riscaldante Dispositivo di Il progetto richiede solo 2 termoregolazione per entrate date dai termistori il rullo Ha 3 entrate per il controllo della per il controllo temperatura dell estrusore mediante termistori e e del piano riscaldante 3 uscite per rene mentre richiede solo 2 alimentare
66. re fornito appunto dal piano alimentatore Inizia quindi il processo di eiezione del legante che ricomincia una volta ultimato il processo Il meccanismo di movimentazione coincide perfettamente con quello di una stampante 3D a tecnologia Polyjet cfr 2 5 ee Liquid adhesive supply Inkjet print head Part Leveling roller Powder bed Powder feed supply Powder feed piston Source M LT laboratory Build piston Build chamber 22 2 6 2 Microgetti e velocit Per quanto riguarda la tecnologia di spruzzatura utilizzata siamo sempre nell ambito drop on demand ovviamente con l utilizzo di sistemi piezo ekettrici e non a bubble jet Nei laboratori del M I T stato rilevato come una resina eposidica spruzzata calda impieghi pi tempo ad asciugarsi che non una resina spruzzata a temperatura ambiente la solubilit del solvente presente nella resina pi alta alle alte temperature quindi il solvente tende a non evaporare e quindi la resina non reticola Per quanto riguarda le velocit di prototipazione esse sono le pi alte in assoluto rispetto a qualsiasi altra tecnologia esistente I materiali che solitamente costituiscono le polveri possono essere dei pi svariati dai semplici polimeri fino ai metalli leggeri a ceramici Inoltre per una stampa Eco friendly si utilizza anche l amido di mais o il PLA in questo caso il PLA in polvere nella tecnologia Fdm era in filo Per quanto riguarda 1 leganti generalmente si
67. rodurre almeno per quanto riguarda quelle metalliche e ceramico e il loro costo dipende fortemente della dimensione media dei grani 18 2 5 Polyjet Il processo Polyjet si basa sullo stesso principi di funzionamento di una stampante a getto d inchiostro solamente che qui al posto dell inchiostro viene utilizzato un polimero fotoindurente con annesse lampade UV Il prototipo in costruzione sostenuto da una matrice di cera o di gel molto viscoso creata in contemporanea con il prototipo Esso sempre un processo che avviene per strati il fotopolimero viene spruzzato potenti lampade UV al bordo dellugello iniziano a polimerizzarlo il fotopolimero si deposita sul pezzo e conclude la reticolazione le micro particelle di fotopolimero durante il volo tendono a raggrupparsi a causa della reticolazione riducendo la risoluzione Rispetto alla tecnologia Sla la polimerizzazione completa quindi non richiede un trattamento in una camera ultravioletta a fine processo Se al fotopolimero aggiungiamo un colorante possibile ottenere prototipi con svariate tonalit di colore Per quanto riguarda la precisione di questa macchina abbiamo due dati da considerare il primo costituito dall errore sul posizionamento della testina di stampa che si aggira sempre intorno ai 20 30um mentre per quanto riguarda l elezione di fotopolimero si quantifica la sua risoluzione di stampa come fosse una nomale stampante a getto di inchiostro cio in d
68. siderati e fissa tale polvere creando un prototipo Il prodotto finito sar quindi costituito da un vero e proprio composito particellare a matrice polimerica Anche per questa tecnologia di prototipazione possibile creare una vasta gamma di colori Le precisioni del R P a tecnologia 3DP sono 9um su 20cm di spostamento sull asse Z e 115um su 15cm di spostamento per gli assi X e Y Anche qui trattandosi di una eiezione abbiamo una 21 risoluzione di spruzzatura molto pi precisa infatti non abbiamo lampade UV che reticolano il polimero dall ugello al pezzo cfr 2 5 2 Ugualmente come per la tecnologia Polyjet dobbiamo parlare anche della risoluzione di stampa essendo sempre un processo a elezione 1 valori tipici si aggirano intorno a 300dpi per assi X e Y mentre per l asse Z intorno ai 1300dpi con un numero di getti che si aggira intorno alle 1500 unit 2 6 1 Gestione e movimentazione assi Rispetto ad una tecnologia Sls c solo una sostanziale differenza la solidificazione non avviene per fusione sinterizzazione ma per apporto di legante liquido Esso comunemente un polimero pi precisamente una resina epossidica ad alta velocit di reticolazione Anche in questo caso abbiamo un piano portapezzo che durante la creazione del prototipo si sposta verso il basso mentre il piano alimentatore si sposta della stessa quantit ma verso l alto Un rullo controrotante provvede ad apportare e livellare un nuovo strato di polve
69. t funzionali prototipi per mok up e prototipi per scopi puramente concettuali Va evidenziato che questi particolari polimeri hanno un costo rilevante rendendo meno conveniente la prototipazione in termini di pz qui per subentra il vantaggio della 28 velocit con cui essi vengono realizzati quindi i costi di funzionamento del macchinario h si abbassano notevolmente rendendo competitiva anche questa tecnologia di prototipazione 2 9 Multi jet modeling Mjm La tecnologia di prototipazione Multi Jet Modeling nasce per soddisfare le gi citate esigenze di rapid tooling infatti la Mjm non produce reali prototipi funzionali o concettuali ma veri e propri modelli usati in ambito fonderia Il processo di creazione del modello avviene sempre per strati ed utilizza una cera che viene fusa a circa 80 C le temperature esatte dipendono dalle varie cere in commercio Raggiunta questa temperatura la cera oltre ad essere liquida ha una viscosit bassa caratteristica che le permette di essere spruzzata mediante il processo Bubble Jet v 2 5 2 Come detto in precedenza questa tecnologia ampiamente adoperata per creare expandable pattern ovvero modelli a perdere molto usati nell Investment casting noti anche come processi a cera persa 2 9 Gestione e movimentazione assi Per quanto riguarda l apparato movimentazione esso consiste nel solito piano portapezzo al quale sono affidati oltre che alla consueta movim
70. te le resine fotoindurenti la loro fragilit dopo il processo di reticolazione e il loro veloce deterioramento a contatto con la luce solare Di seguito riporto 1 fotopolimeri prodotti dalla 3D System per questa tecnologia di produzione Notiamo subito che le forcelle dei valori delle UTS sono molto ampie ed il motivo semplice il parametro UTS dipende direttamente dal grado di polimerizzazione del pezzo che a sua volta dipende dalla velocit di prototipazione Si pu di fatto affermare che pi velocit di prototipazione mm h come crescita pezzo quindi meno reticolazione danno un basso UTS VisilJet FTI 10 rosso blu giallo bianco VisilJet FTI 20 Nero grigio verde 29 15 2 8 3 Vantaggi e svantaggi Tale tecnologia gode di una semplicit unica nel suo genere questo comporta un costo d acquisto ridotto rispetto alle altre tecnologie garantendo comunque ottime finiture superficiali e ottime tolleranze dimensionali La velocit di prototipazione si aggira attorno ai 10 15 mm h sempre rispetto all asse Z esprime la crescita 3D del pezzo essa dipende fortemente dalla velocit con cui il fotopolimero reticola e il suo valore compete con quello della tecnologia 3DP che come sappiamo vanta il valore della velocit di prototipazione pi alto cfr 2 6 2 Ovviamente la casa produttrice mette a disposizione vari tipi di fotopolimero in base alle necessit infatti si possono avere fotopolimeri per prototipi destinati a tes
71. utto dipende dalle dimensioni finali che la nostra macchina dovr avere ovviamente maggiore sar il volume del macchinario maggiore sar il volume di stampa Chiunque possieda una stampante 3D a tecnologia Fdm pu stampare tutte le plastiche necessarie alla realizzazione delle Mendel Prusa 12 4 1 Componenti Possiamo dividere le componenti necessarie per la realizzazione della stampante in tre grandi gruppi 1 Cuscinetti e componenti in acciaio inox AISI 304 e barra filettata da 8mm x 440mm passo grosso per la movimentazione lungo l asse Z 2 pez e barra filettata da 8mm x 400mm passo grosso per strutture triangolari 6 pez e barra filettata da 8mm x 300mm passo grosso per struttura telaio 4 pez e barra filettata da 8mm x 450mm passo grosso per struttura telaio 1 pez e barra filettata da 8mm x 320mm passo grosso per struttura telaio 2 pez e barra cromata rettificata 8mm x 350mm per guida cuscinetti in tecnopolimero e barra cromata rettificata 8mm x 420mm guida per cuscinetti in tecnopolimero e 0 dadi M8 UNI EN 24034 e 72rondelle 8x17 categoria A UNI 6592 e 8 rondelle 28x32 categoria A UNI 6592 e 40 dadi autofrenanti M8 UNI 7473 e 6 cuscinetti a sfere SKF 608 RSL e 12 cuscinetti lineari in tecnopolimero KSTM 08 e barra filettata da 8mm x 70mm perno reggi puleggia e estrusore 48 2 Componenti in ABS nell immagine sotto riportato l intero spaccato di tutte le parti in ABS fungon
72. utto il piano portapezzo verr ricoperta una lunghezza che viene settata come default 2 7 2 Materiale e velocit di taglio La velocit di lavorazione dipende in gran parte dalla velocit di spostamento del laser che deve sempre essere ortogonale al piano di lavoro e questo rende la movimentazione pi lunga Inoltre la velocit di lavorazione dipende anche dallo spessore della carta utilizzata per una carta da 200um le velocit di taglio si aggirano attorno ai 100 130mm s mentre per una carta da 100um si aggirano attorno ai 180mm s Per quanto riguarda la velocit del foglio di carta siamo intorno ai 120mm s Il rullo riscaldante che regolato e mantenuto costante alla temperatura di 180 C ha una velocit di 140 150um Riassumendo Temperatura Massima Carta per Larghezza Spessore attivazione velocit LOM nastro collante di taglio LPH 042 140 106 7 um 14 in 203mm s LPH 042 190 106 7 um 19 in 203mm s LPH 042 240 106 7 um 24 in 203mm s 2 7 3 Vantaggi e svantaggi La tecnologia Lom non gode di molti vantaggi per questo stata pressoch abbandonata negli ultimi anni Nonostante ci la Lom gode di alcuni vantaggi primo fra tutti l assenza di distorsioni nei pezzi finiti causate dalle tensioni interne nelle tecnologie Fdm Sls e Sla invece sono presenti inoltre 1 volumi di stampa sono notevoli e la resistenza dei prototipi ha direzioni preferenziali ma nel complesso accettabili in tutte le direz
73. ystem 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 2 1 Tecnologie di RP e aspetti preliminari Prima di addentrarci nel vasto mondo del RP essenziale specificare ed analizzare come avviene il passaggio dal mondo virtuale a coordinate macchina Tutto parte dalla modellazione solida utilizzando un qualsiasi programma per la modellazione 3D alcuni esempi Creo Solidworks Solid edge Autocad 3D ecc una volta ultimato l oggetto da prototipare lo salviamo in un file la cui estensione non ha importanza infatti cambiando programma di modellazione solida cambiano anche le estensioni es dwg dxf ecc Qui subentra il software della macchina che come prima cosa converte il formato xxx lo chiameremo xxx per rappresentare tutti 1 formati in un formato stl Standard Triangulation Language molto spesso nei programmi di modellazione solida possibile salvare l elaborato 3D direttamente in formato stl Un file stl rappresenta un solido la cui superficie stata discretizzata in triangoli esso consiste delle
74. zione della carta foto 11 43 3 5 Rullo riscaldante Fondamentale per il processo Lom il rullo riscaldante che permette di saldare 1 fogli mediante un processo di rullatura a caldo foto 1 La movimentazione del rullo lungo l asse X la sua velocit dipende dello spessore della carta mentre la temperatura dipende dalla tipologia della termocolla presente nella carta cfr 2 7 2 Solitamente la temperatura del rullo viene settata a 150 C nella foto 2 rappresentato l apparato di termoregolazione in modo che possa adattarsi a qualsiasi tipo di carta per regolare l apporto di calore sul foglio steso si interviene solo sulla velocit di rullatura 3 6 Operazioni per l accensione Dopo essersi assicurati che la macchina sia collegata alla rete elettrica mediante le due prese shuko poste sul retro del macchinario 1 azionare l interruttore generale posto dietro alla macchina nella foto 1 indicato con GENERAL 2 azionare l interruttore del rullo riscaldante nella foto 1 indicato con HEATER accendere il pc mediante l interruttore nero posto dietro al case foto 2 4 aspettare l avvio del sistema operativo e aprire il programma LomSlice p HEATER q pri umi 45 CAPITOLO 4 STAMPANTE HOME MADE E PROGETTO REPRAP Questo capitolo finale nasce come alternativa alla riparazione della Lom Helisys 1015 Anzich investire sulla riparazione del suddetto macchinario personalmente opterei per la costruzione
75. zza un immagine che corrisponde alla sezione da creare Il piano portapezzo si alza e un raschietto scraper vedi figura 3 pulisce il piano e rideposita un altro strato di fotopolimero liquido Il piano portapezzo si abbassa di nuovo fino al contatto con lo strato liquido successivamente viene fotopolimerizzato il tutto proiettando l immagine della sezione successiva quelle ottenute dallo slicing Il processo si ripete in modo ciclico Lo spessore dello strato depositato rispetto a qualsiasi altra tecnologia riesce a raggiungere valori bassissimi nell ordine di 20um 2 8 1 Gestione e movimentazione assi Rispetto alle altre tecnologie la Fti gode di una notevole semplicit per quanto riguarda 1 meccanismi di movimentazione basti pensare che non si usano pi tre assi per la movimentazione ma solo due l asse X per stendere il polimero mediante una lama comunemente chiamata spalmatrice e l asse Z per alzare e abbassare il piano porta pezzo Con l utilizzo di un proiettore a raggi UV si ottengono immagini molto precise e dettagliate Solitamente per la movimentazione dell asse Z si utilizza una barra trapezoidale con annessa chiocciola inoltre dovendo effettuare movimentazione molto precise si preferisce l utilizzo di motori passo passo con annesso encoder 26 Figura 1 Fase di spalmatura Piano portapezzo build platform vassoio per il fotopolimero material tray raschietto e spalmatrice scraper Proiettore UV imager

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