4.1.1 Ricerca dello stato dell’arte
La presenza nel settore della stampa 3D, la partecipazione agli eventi fieristici del settore e la continua attività di ricerca ed attenzione ai nuovi ritrovati tecnologici, hanno aiutato a diventare veri specialisti di questa nuova tecnologia. Ciò nonostante, per svolgere al meglio questa attività, si sono studiate le molteplici offerte disponibili sul mercato, in modo da valutare attentamente sia i prodotti da acquistare ed integrare nel progetto, che quelli da sviluppare internamente, sulla base del proprio know-how.
4.1.2 Progettazione del concept di prodotto
Si è deciso di impostare la stampante in base ad un layout largamente consolidato, composto da un portale che movimenta l’estrusore sul piano XY ed il piano di stampa che si muove solo in altezza, un layer alla volta. Partendo dalla configurazione scelta, si è sagomato la carteratura portante.
Utilizzando valori cinematici tipici, sono state valutate le sollecitazioni agenti sulla struttura in acciaio, che è stata dimensionata, in modo da risultare sufficientemente rigida e da garantire la precisione si stampa richiesta. Il design dei componenti appena citati è stato studiato per essere funzionale, compatto ed accattivante nell’aspetto.
4.1.3 Progettazione dei sottosistemi
• Carteratura portante
La struttura portata è realizzata in lamiera di acciaio pressopiegata. Questa soluzione è stata adottata principalmente per due ragioni:
o Conferire maggiore robustezza alla struttura
o Avere un design più bello e pulito, senza cavi ed elementi strutturali in vista
I componenti sono pensati in maniera tale che, una volta assemblati, la stampante risulti protetta in ogni sua parte, con i dovuti spazi dedicati ad ogni componente, inclusi i cablaggi.
La scocca centrale può essere considerata il cuore di questa struttura: si tratta di una lamiera di acciaio, tagliata al laser e pressopiegata. Il suo design è stato studiato in ogni aspetto per avere un corpo centrale portante, dotato di una massa inerziale importante, che serve per stabilizzare tutto il sistema e, di conseguenza, per avere meno vibrazioni ed imprecisioni durante la movimentazione della testa dell’estrusore. Il risultato di tale caratteristica è sicuramente una migliore qualità di stampa ed una minore usura dei componenti di trasmissione.
Oltre alla scocca centrale, il cui sviluppo piano può essere visto nella figura sottostante, un altro elemento che caratterizza il telaio della stampante è la presenza di un cassetto estraibile destinato all’alloggiamento della bobina, da cui poi il filo raggiunge l’estrusore attraverso un condotto all’interno. Non si tratta semplicemente di uno spazio dove poter alloggiare il filamento, ma il suo scopo principale è quello di mantenere il materiale plastico in condizione termoigrometriche ideali.
Da recenti studi è emerso che l’80% dei problemi di stampa dipende dal filamento e dalla sua qualità: conservare i filamenti inmaniera appropriata può quindi cambiare completamente i risultati
delle stampe. Il nemico numero uno è sicuramente l’umidità, il cui valore ideale dovrebbe essere compresa tra il 10% ed il 15%. Per raggiungere tale condizione si può conservare la bobina in un contenitore ermetico e/o utilizzare dei sali di silice. Questo progetto prevede entrambe le soluzioni.
• Portale XY con estrusore
Per la realizzazione del portale che movimenta la testa di estrusione ci siamo affidati ad un mix di componenti commerciali e di pezzi a disegno. Gli organi di trasmissione e di guida, quali cinghie, motori, puleggie, cosi come l’estrusore sono materiale d’acquisto, mentre tutte le piastre di interfacciamento ed i supporti sono stati disegnati ad hoc. Ove possibile è stato previsto che tali componenti possano essere prodotti con la stampa 3D; questo sia per abbassare i costi di realizzazione, che per rendere possibile l’autoproduzione di eventuali componenti di ricambio.
In questo gruppo un elemento di assoluta novità è il sistema che permette di regolare il tensionamento della cinghia di trasmissione, come visto nella figura sovrastante.esso è costituito da un blocchetto stampato in cui viene inserito un dado, su cui agiscono delle viti di registro, che variano la distanza del perno su cui ruota la puleggia, regolando il tensionamento della cinghia.
Questo sistema garantisce una trasmissione ottimale del moto, l’assenza di giochi, dovuti anche all’usura dei componenti in questione.
• Piano di stampa mobile lungo Z
Il particolare più importante del gruppo, movimentato lungo l’asse Z, che include il piano di stampa è sicuramente il supporto in lamiera piegata. Per considerazioni analoghe a quelle fatte per la scocca centrale della carteratura portante, l’utilizzo di una struttura in lamiera d’acciaio, piegata e chiusa su se stessa, conferisce al manufatto caratteristiche di buona rigidità, che insieme agli altri accorgimenti appena descritti attribuisce alla solidità strutturale e quindi alla qualità di stampa del prodotto che è stato progettato. Un’altra caratteristica importante è rappresentata dalla possibilità di regolare l’angolazione del piano di stampa. Come si può vedere nella prossiam figura, esso è sorretto dalla spinta di quattro molle. Utilizzando il tastatore, inserito nel portale, in prossimità dell’estrusore, possiamo andare a rilevare i valori di planarità dell’area di stampa e, agendo sulle viti di registro, modificare la lunghezza della molla compressa. Questo tipo di regolazione permette
di azzerare la divergenza angolare tra il portale ed il piano di stampa; si tratta di un accorgimento che ha un costo limitato di realizzazione, ma ha un elevato impatto sulla qualità del prodotto finale.
4.1.4 Realizzazione dei prototipi virtuali
L’assemblaggio dei gruppi descritti nei paragrafi precedenti, ci porta alla realizzazione di un modello virtuale della stampante, completo in ogni sua parte. Nella revisione finale si presenta come nell’ultima figura sovrastante, in cui è presente anche la pallinatura dei gruppi che lo compongono. Per semplicità rappresentativa non sono stati inseriti i file 3D dei cablaggi e degli alimentatori elettrici, che però sono stati tenuti in considerazione in fase di progettazione. Infatti la struttura esternas prevede fori e scassi per per il passaggio dei cavi, cosi come aree dedicate all’alloggiamento degli alimentatori e di tutti gli altri componenti elettrici. Questi aspetti, anche se non strettamente legati alla funzionalità pratica della stampante, la completano rendendola sicura, comoda da usare e con un design raffinato ed elegante.