La nostra stampante 3D all’opera

[youtube RliDs__U77w nolink]

Nel numero 156 abbiamo presentato una panoramica sullo stato dell’arte dei sistemi di stampa 3D applicati ai settori tecnologici e produttivi più avanzati. Nello stesso articolo si accennava alla ricaduta di queste tecnologie verso applicazioni alla portata dell’utenza amatoriale.
Per non smentire lo spirito pratico, ancorché innovativo, della rivista, nel prossimo numero vi proporremo la realizzazione e l’utilizzo di una stampante 3D alla portata di tutte le tasche, in grado di produrre oggetti in robusto ABS, sia come prototipi, sia direttamente utilizzabili in molte applicazioni. Nel video proponiamo un’anteprima di questa stampante.
L’esigenza di possedere una macchina di questo tipo è nata dalla necessità di realizzare prototipi e/o piccole serie di componenti da impiegare nei nostri progetti e non reperibili sul mercato commerciale. Le esigenze spaziano da componenti per la robotica (azionamenti, cingoli, supporti per sensori, cinematismi) ai componenti specializzati per i nostri modelli di UAV (supporti motori, supporti e pan and tilt per telecamere, sensori e sistemi di comunicazione) e per altri progetti in sviluppo.
Da un punto di vista meccanico e strutturale una macchina di questo tipo è molto simile ad una macchina CNC 3D controllata da computer.
La differenza sostanziale sta nel fatto che una CNC tradizionale, ad esempio una fresa, produce il pezzo desiderato per asportazione di materiale, in passate successive, a partire da un blocco di materiale compatto di dimensioni opportune.
Il movimento degli assi X e Y portano la fresa nei punti dove deve essere asportato il materiale mentre l’abbassamento dell’asse Z, solidale con la fresa, permette l’asportazione di strati di materiale sempre più profondi.
Il vantaggio di questa lavorazione è la possibilità di lavorare le parti utilizzando i materiali definitivi, anche metalli molto resistenti, mentre la limitazione principale sta nella impossibilità di lavorare il materiale nei cosiddetti “sottosquadri” cioè le zone del pezzo da realizzare in ombra rispetto alla traiettoria dell’utensile.
Contrariamente ad una CNC tradizionale, la stampante 3D produce il pezzo finito per aggiunta incrementale di materiale, in strati successivi, a partire dalla base e via via proseguendo verso l’alto.
La meccanica degli assi X e Y è simile a quella di una CNC mentre l’asse Z lavora a rovescio, partendo dal basso e salendo man mano che il pezzo viene formato.
L’utensile montato sull’asse Z  è costituito da un estrusore, ovvero da un dispositivo, alimentato da un tondino di ABS,  in grado di produrre un filamento continuo di ABS fuso dello spessore di 0,5 mm. L’oggetto finale viene costruito per deposito successivo di strati di ABS fuso.
Al termine di ogni strato l’asse Z si alza dello spessore di uno strato ed il movimento degli assi X ed Y permette la realizzazione dello strato successivo nella forma corretta.
Questo tipo di produzione permette di realizzare oggetti anche con diversi sottosquadri, strutture con nervature chiuse ed anche oggetti all’interno di altri oggetti, come la pallina all’interno di un fischietto.
Per le nostre realizzazioni volevamo una macchina dalle buone prestazioni, che ci permettesse di fare esperienza sulla tecnologia sottostante e che … costasse una cifra alla portata di un hobbista.
Scartate le diverse soluzioni commerciali professionali dal costo proibitivo, ci siamo orientati verso un progetto open source, dove tutta la documentazione, i disegni della meccanica, gli schemi della elettronica ed il software di funzionamento fossero disponibili ed utilizzabili in licenza Open.
Il progetto originale è quello della RepRap; nel nostro caso, per evitare una caccia al tesoro di componenti, parti meccaniche, realizzazione di circuiti stampati, saldature SMD, etc abbiamo utilizzato un kit “tutto da montare” reso disponibile dalla Makerbot Industries (sito http://www.makerbot.com/).

Per la nostra realizzazione abbiamo scelto i seguenti componenti:
•     Meccanica Cupcake CNC: meccanica CNC tre assi, con tre motori passo passo per il controllo del movimento; permette di stampare pezzi fino A 10cm x 10cm di lato e 13cm di altezza,
•     Estrusore Plastruder MK5,
•     Scheda madre Makerbot Rep Rap versione 1.2, basata sulla architettura Arduino,
•     Scheda controllo estrusore versione 2.2, anch’essa basata su architettura Arduino,
•     3 schede per il controllo dei motori passo passo,
•     Scheda controllo relè per il riscaldamento dell’estrusore,
•     Un alimentatore da PC (assicurarsi che il selettore della tensione sia configurato per la alimentazione di rete a 220 volt).
L’inizio della nostra realizzazione risale a qualche mese fa e di conseguenza la scelta dei moduli è stata dettata dallo stato di sviluppo del progetto a quella data.
Oggi sono disponibili dei moduli di elettronica più evoluti, sempre basati su Arduino e delle varianti della meccanica che ne ottimizzano le funzionalità.
Nel caso vogliate intraprendere la realizzazione vi consigliamo di utilizzare le ultime versioni dei moduli di controllo e di adottare la piastra di stampaggio riscaldata.
A presto!