Demistificazione delle specifiche della stampante 3D

Questo articolo è stato scritto da Jon Bryant, Customer Development Team Lead di Formlabs, e ci svela ciò che ha imparato lavorando con centinaia di professionisti su come valutare le soluzioni di stampa 3D.

Quando la stampa 3D è esplosa nel 2014, una miriade di aziende si è buttata nel settore, presentandosi come la nuova rivoluzione della stampa 3D. Ogni settimana spuntava una nuova azienda di stampa 3D professionale, e ognuna pubblicizzava prodotti con una “nuova” funzionalità o una specifica “unica”.

Naturalmente tutte queste novità hanno attirato l’attenzione di consumatori e aziende. Con ogni lancio di un nuovo prodotto sempre più persone si mostravano interessate alle applicazioni della stampa 3D, in particolare nel campo dell’ingegneria industriale e della prototipazione di design. Con l’interesse del pubblico, però, cominciò anche ad aumentare la presenza di inutili termini di marketing nelle tabelle delle specifiche tecniche delle stampanti 3D.

Ecco una tabella di specifiche comparativa che illustra questa tendenza:

Che cosa si nota di più? Per me sono le lettere maiuscole, i numeri e le parentesi a saltare più all’occhio. Se non fossi un esperto, guardando queste informazioni penserei che la stampante di cui ho bisogno è quella evidenziata. È quella con le migliori specifiche e i numeri più impressionanti (anche se un po' confusi).

Qual è il problema? In realtà la tabella non è molto indicativa.

Se dovessi comprare una stampante 3D professionale, questa tabella non mi aiuterebbe a capire la cosa più importante: come verrà la parte stampata. Questo approccio non aiuta i clienti a scegliere la stampante 3D più adatta alle loro esigenze e, a lungo termine, non aiuta lo sviluppo del settore della stampa 3D professionale.

Questo articolo non vuole essere un’analisi super tecnica di tutte le specifiche delle stampanti 3D disponibili sul mercato. Piuttosto il mio obiettivo è fare luce su cosa significano realmente le specifiche della stampante 3D e aiutare le aziende a capire quali sono le caratteristiche più adatte per le loro applicazioni.

Cominciamo ad addentrarci nelle singole specifiche elencate nella tabella qui sopra:

Risoluzione XY

La risoluzione XY è una delle specifiche più comuni per le stampanti 3D stereolitografiche (SLA). In molti casi, però, è anche una delle più inutili.

Normalmente la risoluzione XY è usata per descrivere i dettagli o le funzionalità di una parte. Nella tabella sopra, la risoluzione XY riportata per questa stampante SLA a elaborazione digitale della luce (DLP) (25-80 micron) è fantastica, ma che cosa descrive veramente il numero?

È molto probabile che sia la risoluzione del proiettore (ed è per questo che sono valori variabili). Questo numero non è una spiegazione completa. L’output di una stampante può essere influenzato da un gran numero di fattori. Guardando solo la risoluzione XY si potrebbe pensare che esiste un rapporto 1:1 tra la dimensione di un pixel e la resina polimerizzata di una parte.

Ma si tratta di un calcolo errato: non tiene conto del materiale, del processo di stampa, del software usato e di molte altre variabili (le stampanti 3D professionali hanno più di 100 impostazioni diverse che influenzano la qualità della parte). Questa specifica, dunque, non ci dice nulla di cosa si può davvero produrre con questa macchina.

Spessore dello strato

Lo spessore dello strato normalmente descrive la finitura superficiale di una parte. Anche se lo spessore di solito è migliore quando lo strato è più fine, il problema è che la ruvidezza di una superficie non ha una corrispondenza diretta con lo spessore dello strato.

Per chiarire questo punto ho stampato alcune parti sulla Form 2 per dimostrare che il rapporto tra lo spessore dello strato e la finitura superficiale non è come ci si aspetterebbe. Nella foto sotto si vedono due anelli: uno stampato con la Castable Resin e l’altro con la Black Resin. La Castable Resin ha una finitura superficiale leggermente più liscia e il micro pavé è un po' più definito.

 

Black Resin (spessore dello strato 25 micron)

Castable Resin (spessore dello strato 50 micron).

Ma ecco il segreto: l’anello stampato con la Castable Resin è stato stampato a 50 micron, mentre l’anello stampato con la Black Resin è stato stampato a 25 micron.

Il motivo per cui l’anello stampato con Castable Resin ha un aspetto migliore a 50 micron è che questa resina è stata studiata per dare i migliori risultati a 50 micron. Inoltre, il team di Formlabs ha modificato le impostazioni sulla Form 2 per garantire il miglior risultato con la fusione.

Alcune aziende citano la risoluzione dell’asse Z invece dello spessore dello strato, che ha la stessa utilità della risoluzione XY, perché si riferisce alla distanza a cui il motore dell’asse Z può muoversi meccanicamente.

Recentemente Formlabs ha lanciato OpenFL, dando ai ricercatori l’accesso a un API per un maggior controllo sulla Form 1+. Con OpenFL il valore minimo dell’asse Z sulla Form 1+ è 2,5 µm, e ciò non viene riportato nel sito di Formlabs. Questa informazione non viene citata perché si riferisce a un massimo del motore e non al tipo di strato che può essere stampato.

Conclusione: che il fabbricante riporti uno spessore dello strato di “X” non significa che la stampante avrà una migliore finitura superficiale.

Velocità massima

La velocità massima è difficile da definire, in particolare su stampanti diverse. Anche in questo caso non abbiamo abbastanza informazioni a disposizione per capire come se la caveranno queste stampanti quando dovranno produrre delle parti. Non sono solo le variabili standard a influire sul tempo di stampa, ma anche fattori come la geometria e l’orientamento della parte.

Ad esempio, se una parte è più alta, richiederà più tempo per essere stampata rispetto a una parte orientata più vicino alla piattaforma di stampa, perché avrà più strati da stampare. Anche il modo in cui un oggetto è orientato e supportato cambierà il tempo richiesto per stampare la parte.

Un riferimento comune è quanto tempo impiega a stampare un cubo di 2,5 cm. Il problema di questo esempio è che è molto specifico. Se non sei un fabbricante di dadi, dei cubi da 2,5 cm non sono molto indicativi di quanto tempo sarà necessario per stampare la tua parte.

Finitura superficiale

Lasciamo perdere. Sarebbe molto più facile prendere decisioni nella vita se le specifiche si potessero classificare semplicemente come “buone” e “cattive”. Abbiamo parlato della finitura superficiale in precedenza e in relazione con lo spessore dello strato, ma bisogna tenere conto del fatto che non esistono delle vere specifiche riguardo alla finitura superficiale, che può variare a seconda della forma (superfici curve o dritte) e dell’orientamento. L’unico modo per paragonare la finitura superficiale tra diverse stampanti sarebbe che ogni azienda produttrice di stampanti 3D pubblicasse i risultati di una parte e un profilometro standard. Non sembra molto probabile.

Accuratezza

L’accuratezza non era inclusa nella tabella dell’introduzione, ma è stata usata recentemente da alcune aziende produttrici di stampanti 3D. L’errore che molti commettono all’acquisto di una stampante 3D è dare per scontato che la risoluzione XY o lo spessore dello strato possano determinare l’accuratezza della parte finale.

In realtà, non è facile determinare l’accuratezza come valore globale, principalmente perché può essere influenzata dalla lunghezza, dalla forma e dall’orientamento. Ecco un esempio di specifica di accuratezza di una grande stampante per uso industriale:

Accuratezza per una stampante industriale di grandi dimensioni (prezzo di circa 100 000 $).

A prima vista sembra che tutte le parti avranno uno spessore tra i 25 e i 50 micron, ma le note a piè di pagina fanno poi riferimento a quasi tutti gli altri aspetti della produzione di una parte.

Un modo migliore per valutare le stampanti 3D professionali

Non voglio che pensiate che tutti i membri del nostro settore vogliano ingannarvi.

In realtà, ciò che manca nel settore della stampa 3D sono specifiche standard che descrivano in maniera adeguata cosa ci si può aspettare da una stampante 3D. Perfino con tecnologie più consolidate le specifiche non sono del tutto esaurienti. Ho assistito a test di velocità in cui un computer Windows con specifiche più elevate era più lento di un Mac con specifiche ridotte.

Il risultato dipende in gran parte dall’hardware, dal sistema operativo, dall’applicazione e da diversi altri fattori.

Ma c’è ancora speranza. Ecco quattro consigli per valutare diverse stampanti 3D in modo efficace:

Parla con l’azienda. Stai investendo in uno strumento per eseguire iterazioni più rapide e creare prodotti migliori. Il miglior modo per capire la tecnologia di un’azienda e come funzionano i suoi prodotti è parlarne con il suo team.

Richiedi un campione. Abbiamo appurato che le specifiche delle stampanti 3D non sono il miglior modo per valutare che cosa possono effettivamente produrre. Per capire se una stampante specifica può davvero soddisfare le tue esigenze, è utile chiedere un campione al produttore, come ad esempio questo campione gratuito di Formlabs. Una volta ricevuto il campione, richiedi ulteriori informazioni. Ad esempio:

  • Quanto tempo è stato impiegato per stamparlo?
  • Quanto materiale è stato usato?
  • Qual è lo spessore dello strato?

Chiedendo le stesse informazioni a diverse aziende, vedrai come la finitura superficiale può variare da stampante a stampante anche con lo stesso spessore dello strato.

Richiedi un campione personalizzato. Non tutte le aziende forniscono campioni, ma tentar non nuoce. Vedere il tuo design stampato ti aiuterà a capire che cosa puoi aspettarti quando comincerai a usare la macchina. Se le tue parti sono soggette a diritti di proprietà intellettuale, prova a progettare una parte con caratteristiche simili per non doverti preoccupare degli accordi di riservatezza.

Quando invii il design per un campione gratuito, assicurati che sia rappresentativo del tuo settore o caso d’uso. Per la maggior parte delle applicazioni di prototipazione, consiglio di inviare un design che rappresenti almeno l’80% della propria attività. Inviare una parte complicata che rappresenta solo una percentuale ridotta di quello che poi si andrà a stampare può portare a un acquisto che non adeguato al proprio lavoro.

Cerca delle guide di progettazione. La maggior parte dei produttori di stampanti 3D pubblica delle guide di progettazione per aiutare i clienti a capire come usare al meglio e progettare i modelli di design per le loro stampanti. La guida di progettazione di Formlabs, ad esempio, presenta specifiche per diversi tipi di funzionalità.