Stampa 3D non sopporto i supporti

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Per stampare pezzi complessi è spesso necessario prevedere dei supporti che impediscano al manufatto di collassare durante l’estrusione. Rimuoverli a stampa terminata è una operazione noiosa e delicata. Ma esistono anche supporti che si autodistruggono.

La tecnologia delle attuali stampanti in 3D si chiama FDM (Fused Deposition Modeling, ovvero modellazione a deposizione fusa) e in sostanza depositano strati di un materiale plastico. La deposizione avviene con la forza di gravità. Così per realizzare oggetti o parti di oggetti sospesi, come per esempio un ponte, sono necessari supporti per evitare che si afflosci.

Un ponte, il tetto di una casa o le parti alte della lettera “T” ad esempio, essendo parallele al terreno, hanno bisogno di qualcosa che sostenga il passaggio del nozzle (la testina calda che fonde il filamento). Tradotto in soldoni, come regola empirica, si può affermare che quando una parete inclinata supera i 45° il supporto si rende necessario.
Immaginiamo di costruire una casa depositando i mattoni sul terreno: una volta finite le pareti verticali non sarà possibile costruire il tetto. Perché non essendo sostenuto da nulla cadrebbe a terra.

Questo non vale per piccoli tratti o sporgenze dove alle volte si riesce a stampare anche con angoli di 90°, ma bisogna andare per tentativi e non farci troppo affidamento.
Questi supporti possono essere disegnati in fase di progettazione o generati automaticamente dai programmi di slicing – affettare dall’inglese – cioè il software che ci aiuta a creare tutti gli strati che, impilati uno sopra all’altro, costituiranno il pezzo finito.

Se l’oggetto da stampare è molto complesso, conviene disegnare subito in fase di progettazione i supporti che non solo dovranno avere forme e dimensioni adeguati per sostenere le parti sospese, ma dovranno essere concepiti in modo da rendere facile la rimozione una volta che il pezzo è finito. Affidandosi agli slicer attualmente presenti nel panorama internazionale della stampa 3D, si possono ottenere risultati inattesi o cospicue difficoltà nella rimozione dei supporti.

Stampare è un processo creativo

Lo stampatore 3D non è solo un mero esecutore dei prototipi altrui da dare in pasto alla stampante, ma deve anche prevedere il loro preciso posizionamento. Alcune volte
si può evitare l’uso dei supporti semplicemente girando il pezzo sul piatto di stampa o suddividerlo in due o più parti da incollare successivamente.
Alcuni programmi di slicing ci suggeriscono un preciso posizionamento dei supporti, altri sono più generici e li fanno partire sempre da terra oppure li disseminano
ovunque. Naturalmente più supporti ci sono e maggiori sono le probabilità che l’estrusione non caschi nel vuoto, ma sarà più complicato eliminarli a pezzo stampato.

Come vengono realizzati i supporti?

Se si adotta, come spesso succede, la strategia di lasciar scegliere a Slic3r, Cura, Simplyfy3D o altri slicer che si trovano in giro, ci si adatterà alle scelte del programmatore che ha scritto gli algoritmi del software.
Ad esempio se si usa lo slicer gratuito Slic3r, se la lunghezza del componente da stampare rimane sotto a una certa misura, viene prevista automaticamente una serie di rapidi movimenti nei quali la testina sospende nel nulla il filamento che viene teso tra un punto e l’altro come fosse una ragnatela. Se lo spessore del pezzo è sottile, se il tempo di raffreddamento è buono, anche così si possono ottenere buoni risultati.

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Supporti che si autodistruggono

Per facilitare questo noioso mestiere di rifinitura, c’è chi sta sperimentando supporti che si sciolgono al contatto con l’acqua. Sembra una soluzione davvero conveniente, non sarebbe quindi più necessario né programmare il loro posizionamento, né lesinare sulla quantità dei supporti presenti in alcuni oggetti da stampare; una volta terminata l’esecuzione, si mette il prototipo in acqua e magicamente i supporti spariscono. Questi supporti che si autodistruggono possono essere creati usando una
stampante con almeno due estrusori, uno con il filamento normale, sia esso PLA, ABS, PETG, TPU e il secondo con un materiale solubile.

Le soluzioni al momento sono PVA e HIPS. Il PVA – Polivinilpirrolidone Vinil Acetato – è un materiale idrosolubile che costa dai 60 agli 80 euro per una bobina da 750
grammi. Un difetto è che in molti casi ostruisce l’ugello, e quindi costringe l’utente a frequenti smontaggi e pulizie del nozzle, anche se i produttori stanno lavorando alla formula del PVA, e sempre più spesso arrivano sul mercato
prodotti con un numero minore di componenti intasanti.

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Limonene liquido per sciogliere i supporti non voluti dei pezzi stampati in 3d

I pezzi stampati a fine lavorazione vanno immersi in acqua fredda o tiepida per un periodo variabile da qualche ora a una notte, a seconda dei dati suggeriti dal fornitore.
L’HIPS, e cioè l’High Impact Polystyrene, costa molto meno del PVA (sui 30/40 euro a bobina da 500 g). Il Polistirene è largamente usato in diversi ambiti e applicazioni,
come le forchette e piatti di plastica, imballaggi alimentari, custodie per CD e DVD e si scioglie con un composto chimico chiamato Limonene, un idrocarburo con un forte
odore di arancia.
Purtroppo talvolta l’accoppiata ABS, HIPS e Limonene non sortisce buoni risultati, o per la presenza troppo alta di polistirene dentro al ABS o per una qualità scadente del limonene. Il che significa che si scioglie non solo il supporto, ma anche l’ABS del pezzo stampato. L’HIPS come l’ABS del resto produce gas tossici e irritanti, da usare quindi solo in ambienti ben areati.

Materiali solubili, quali scegliere e come abbinarli?

La scelta tra PVA e HIPS deve essere fatta con attenzione, in base a quale materiale costruttivo si vogliono abbinare i supporti. In genere si abbinano ABS e HIPS, visto che le temperature di estrusioni sono simili, ma importa poco dato che servono due estrusori, mentre il piatto di stampa è unico e quindi la temperatura deve essere uguale o quasi (estrusori a 225-245° e letto o piatto 95-100°).
Può succedere che usando filamenti di scarsa qualità, il Limonene che serve a sciogliere l’HIPS, in alcuni casi deteriora l’ABS, ma usando materiali noti, il problema non si pone.

Una altra accoppiata vincente sempre per il discorso delle temperature è quella tra PLA come materiale costruttivo e PVA come materiale per i supporti. Qui le temperature sono simili e i vapori emessi dai due filamenti non sono nocivi. Qualche pioniere, forse un po’ pazzo, ha abbinato l’ABS come materiale costruttivo e il PLA come materiale di supporto, per poi sciogliere questo ultimo con altri agenti chimici poco salubri, ma onestamente non ci sentiamo di consigliare questa soluzione, oltre al fatto di avere temperature del piatto di stampa molto diverse.

Se non puoi sciogliere, ottimizza

Considerati quindi pregi e difetti della stampa con doppio estrusore e doppio filamento, vale forse la pena trovare soluzioni alternative. Quindi oltre a ruotare, posizionare o dividere l’oggetto, sia esso un drone o un accessorio per
il FPV e sistemarlo sul letto di stampa in modo da rendere minimo il numero di supporti necessari, potrebbe convenire ragionare in fase di modellazione in 3D e sui punti che possono presentare maggiori difficoltà in fase di stampa.
Questo presuppone una certa esperienza di stampa 3D e in quel caso probabilmente si  sceglieranno strategia o suddivisione degli oggetti in maniera tale da non richiedere i supporti.

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Come li tolgo?

Si utilizzano diversi strumenti, a seconda di quanto sono grandi i pezzi da rimuovere, di come sono stati realizzati e di dove sono situati. Si possono usare piccoli tronchesi, pinze più grandi, cutter con lame affilate o sbavatori. Non esiste una ricetta prodigiosa che vada bene per tutti i casi.
Di certo ci vuole la mano ferma e una buona dose di pazienza.
Per ottenere risultati ottimali bisogna fare esperimenti per capire come funziona la propria stampante 3D, come estrude un certo tipo di materiale, come lo raffredda
la ventola sul nozzle e quali valori passare allo slicer.

Spesso un buon raffreddamento che consente, magari con l’uso di una ventola aggiuntiva, di raffreddare il filo piuttosto in fretta una volta sciolto, permette la realizzazione di ponti o oggetti a sbalzo senza supporti aggiuntivi.
In altri casi si può tentare di aumentare la velocità di deposizione
nei punti critici.
Con Slic3r è possibile scegliere la velocità di spostamento durante la stampa dei supporti, mentre con lo slicer gratuito Cura messo a disposizione da Ultimaker possiamo scegliere quali tipi di supporto inserire, cambiandone disegno,
distanza, e densità.

Non esiste una soluzione unica, una formula scientifica o magica che possa risolvere la problematica dei supporti, calcolando se e quando utilizzarli, se sia meglio prevederli in fase di progettazione o se sia meglio rimuoverli con questa o quella soluzione. D’altronde la stampa 3D richiede un bagaglio di esperienze e cultura simile a quello di un artista. Basti pensare a coloro che in post produzione
traducono i byte e li trasformano in pezzi unici e magari anche da collezione.


Articolo pubblicato sul numero 21 di Dronezine magazine a firma di Stefano Orsi.
Stampa 3D
è una rubrica pubblicata sui numeri cartacei e digitali di DronEzine magazine disponibile nelle principali edicole nazionali, per gli abbonati, e talvolta anche nelle edizioni digitali scaricabili gratuitamente.

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