Rubrica: Prototipazione rapida
Titolo o argomento: Panoramica della logica di prototipazione per addizione di materiale
La prototipazione rapida mediante stampa 3D consiste in un insieme di processi volti a realizzare modelli e componenti per addizione di materiale layer by layer a partire da un modello matematico tridimensionale che viene suddiviso digitalmente in strati. Diversamente dalle tradizionali macchine per asportazione di truciolo, che operano una sottrazione successiva di materiale da un blocco nel quale è contenuta la forma che si vuole ricavare, i sistemi di prototipazione rapida fabbricano strati successivi di materiali che possono essere costituiti di volta in volta da liquidi, polveri, fili o laminati. Strato dopo strato, queste macchine ricostruiscono l’oggetto che rappresenta il modello matematico di partenza. Per questa ragione tale tecnologia produttiva è anche nota come Layer Manufacturing.
Il prototipo viene disegnato tramite sistemi CAd 3D e poi convertito in un formato compatibile con il tipo di macchinario che si va ad utilizzare. Lo standard grafico attuale è il “Solid to layer” o STL. Questo formato prevede la tassellizzazione (o mesh) delle superfici interna ed esterna del pezzo attraverso poligoni triangolari. L’approssimazione di superfici curve attraverso facce triangolari introduce inevitabilmente un errore, valutato misurando la distanza tra il baricentro del triangolo e la superficie originaria. E’ possibile aumentare la densità dei triangoli in presenza di una superficie curva del modello per raggiungere l’approssimazione richiesta (immagine in basso).
Si tratta di un formato molto semplice nel quale sono indicati per ogni triangolo le tre coordinate spaziali dei tre vertici ed i tre coseni direttori della normale esterna alla superficie così definita. Una volta ottenuto il file STL si opera su di esso con tre fondamentali passaggi: orientamento del pezzo, genrazione dei supporti, slicing.
Orientamento del pezzo
Permette di scegliere la direzione ottimale di crescita del prodotto. Questo influenzerà la precisione dimensionale, la finitura superficiale, i tempi ed i costi di produzione.
Generazione dei supporti
Fase necessaria quando si devono ad esempio sostenere eventuali parti a sbalzo. Il file inoltre deve essere sezionato con una serie di piani ortogonali alla direzione di crescita del modello in modo tale da ottenere le coordinate del contorno di ogni sezione (o layer).
Slicing
Operazione piuttosto critica che può essere uniforme o adattativa. Nel primo caso gli strati (o layer) vengono creati con spessore costante, mentre nel secondo caso lo spessore viene scelto layer per layer in funzione della curvatura superficiale. Nel secondo caso si ha indubbiamente una maggiore precisione ed un minore aspetto a gradini. Gli spessori possono variare da 0,05mm a 0,5mm a seconda della tecnologia che si andrà ad utilizzare. Viene infine generato il prototipo dalla macchina e rifinito eliminando i supporti atti a reggerlo, levigandolo e, se necessario, trattandolo per migliorarne le caratteristiche di robustezza.
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