La produzione additiva, nota anche come stampa 3D, è uno strumento potente e molto diffuso che consente di accelerare lo sviluppo e la realizzazione di prodotti in molti settori. Un fattore essenziale per qualsiasi strumento progettato per creare parti è l'affidabilità, e la stampa 3D non fa eccezione. Sebbene questa tecnologia abbia fatto passi da gigante nell'ultimo decennio, esistono ancora molte stampanti poco affidabili. In un sondaggio del 2024 condotto da 3D Printing Industry, i leader del settore della produzione additiva hanno identificato l'affidabilità di macchine e processi come la principale barriera a un'adozione più ampia della stampa 3D.
Purtroppo, oggigiorno non sono disponibili informazioni quantitative affidabili su cui i clienti possano basare le proprie decisioni d'acquisto. Per affrontare il problema, abbiamo incaricato un laboratorio indipendente leader mondiale dei test sui prodotti di svolgere una serie di test completi sulle prestazioni di stampa. Come macchine, sono state utilizzate stampanti 3D stereolitografiche (SLA) selezionate, tra cui una Form 4, una Form 3+ e due stampanti 3D a resina relativamente economiche. Lo scopo dei test era valutare il tasso di riuscita della stampa e la ripetibilità delle parti realizzate di ciascuna macchina.
La Form 4 di Formlabs ha raggiunto un tasso di riuscita della stampa del 98,7%, mentre le stampanti di riferimento testate hanno registrato un tasso di insuccesso 10-20 volte superiore rispetto alla Form 4.
Per leggere una descrizione dettagliata della metodologia dei test e i risultati completi, scarica il whitepaper.
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Siamo qui per aiutarti, sia per necessità di prototipazione rapida che per la produzione di parti per utilizzo finale. Il team vendite di Formlabs è composto da specialisti e specialiste che sanno bene come supportarti trovando soluzioni per la tua azienda.
Sebbene l'analisi sia stata svolta da un team indipendente nei suoi laboratori, Formlabs ha definito i test e le procedure da adottare con l'obiettivo di standardizzare le operazioni svolte su tutte le stampanti. Questa procedura operativa standard (POS) prevede essenzialmente la stampa di modelli utilizzando un'impostazione standard e passaggi di elaborazione equivalenti per tutti, nonché controlli di qualità a ogni fase del processo per eliminare il rischio di errori umani che potrebbero alterare i risultati.
In base alla POS, sono stati stampati 15 modelli per tre volte su cinque diverse stampanti alle condizioni originali di fabbrica di ciascuna azienda produttrice. In totale sono state ottenute 225 parti per marca di stampante e per ciascuna è stato registrato l'esito positivo o negativo della stampa.
Stampanti e materiali
L'ecosistema Form 4 include la Form Wash, la Form Cure, la piattaforma di stampa e una cartuccia di resina a erogazione automatica. Per testare la Form 4 è stata utilizzata la Grey Resin V4.
Per avere una panoramica completa delle diverse opzioni disponibili, per questo test sono stati selezionati quattro diversi tipi di stampanti 3D SLA o a resina, tutte basate sulla fotopolimerizzazione in vasca.
- Form 4 di Formlabs
- Form 3+ di Formlabs
- Stampante di riferimento A
- Stampante di riferimento B
Ogni stampante è stata utilizzata solo con componenti hardware aggiornati, serbatoio resina e piattaforma di stampa inclusi, mentre la resina scelta per ciascuna è stata la resina standard di colore grigio prodotta dai rispettivi marchi e pubblicizzata per la specifica macchina.
Modelli 3D e suddivisione in strati
Sono stati selezionati 15 modelli 3D differenti da un'ampia gamma di applicazioni, dimensioni e fattori di forma, tra cui applicazioni biomediche, per l'odontoiatria, l'ingegneria e la produzione. La maggior parte dei modelli richiedeva supporti e non poteva essere stampata direttamente sulla piattaforma di stampa.
Gli strumenti di generazione automatica dei supporti di PreForm (a sinistra) e Lychee (a destra) con impostazioni standard.
La stampa è stata impostata come segue:
- I modelli sono stati orientati utilizzando lo strumento Auto-Orient (Orienta automaticamente) di PreForm per tutte le stampanti.
- La generazione dei supporti e la suddivisione in strati finale sono state effettuate in PreForm per le stampanti Formlabs e in Lychee Slicer per le due stampanti di riferimento.
- I supporti sono stati generati con lo strumento di generazione automatica in entrambi i software di visualizzazione per strati.
- Per ogni materiale sono state utilizzate le impostazioni consigliate dall'azienda produttrice.
- È stato utilizzato uno spessore dello strato di 100 μm.
Le impostazioni complete per ciascuna stampante si trovano nell'appendice del whitepaper.
Procedura operativa standard
Per tutte e quattro le stampanti è stata seguita la seguente POS, apportando solo piccole modifiche necessarie tra un modello e l'altro:
- La piattaforma di stampa e il serbatoio resina di ciascuna macchina sono stati sottoposti a controlli settimanali.
- Per le stampanti senza erogazione automatica della resina, il serbatoio resina è stato riempito fino a un'altezza appena inferiore a quella massima raccomandata prima di ogni stampa.
- I materiali di consumo e gli accessori sono stati controllati prima di selezionare la stampa dalla coda e avviare il lavoro.
- Le stampe sono state quindi lasciate proseguire senza interferenze, salvo in caso di errori.
- I codici di errore sono stati annotati e il personale ha seguito le indicazioni sullo schermo per ripristinare e continuare la stampa o, se necessario, per interromperla.
- In caso di errori di stampa, i serbatoi sono stati controllati per verificare la presenza di residui ed eventualmente puliti prima della stampa successiva.
Parte di prova stampata con la Form 3+ subito dopo la stampa e ancora nella stampante.
Parte di prova stampata con la Form 3+ dopo il primo lavaggio con i supporti ancora attaccati.
Parte di prova stampata sulla Form 3+ dopo la rimozione dei supporti e la polimerizzazione.
Al termine della stampa, sono stati eseguiti i seguenti passaggi:
- Tutte le stampe sono state immediatamente fotografate nella stampante.
- Le stampe sono state rimosse dalla piattaforma di stampa, se necessario con l'ausilio di un raschietto.
- Le parti sono state lavate in una Form Wash riempita di alcool isopropilico per cinque minuti*.
- Le parti sono state fotografate con i supporti ancora attaccati.
- I supporti sono stati rimossi.
- Le parti sono state sottoposte a un secondo lavaggio con alcool isopropilico per dieci minuti*.
- Le parti sono state polimerizzate nella Form Cure secondo le istruzioni dell'azienda produttrice.
- È stata scattata un'ultima serie di fotografie delle parti.
*Sono stati effettuati due lavaggi per ogni tipo di stampante e l'alcool isopropilico è stato sostituito ogni 100 lavaggi per evitare che si saturasse di resina e perdesse efficacia.
Dopo ogni stampa, ne è stato determinato l'esito positivo o negativo. Una stampa è stata considerata non riuscita in presenza di un problema rilevante che avrebbe compromesso la funzionalità della parte. Errori di stampa comuni sono inaderenza alla piattaforma di stampa, delaminazione, eccessiva deformazione e particolari non sviluppati. In presenza di piccole imperfezioni, come striature o evidenti residui lasciati dai supporti, le stampe sono state considerate riuscite.
Esempio di stampa non riuscita a causa della deformazione.
Risultati dei test di affidabilità
Tassi di stampe riuscite e non riuscite
Mentre la Form 4 e la Form 3+ di Formlabs hanno registrato ciascuna un tasso di insuccesso dell'1,3%, la stampante di riferimento A ha raggiunto un tasso di insuccesso del 13,8% e la stampante di riferimento B ha fornito le prestazioni peggiori, con un tasso di insuccesso pari al 25,3%. Questi tassi di insuccesso spesso incidono direttamente sul costo per unità, sull'analisi delle modalità e degli effetti degli errori e su molti altri criteri importanti. Un'analisi dettagliata dei tassi di insuccesso modello per modello è riportata nel whitepaper.
Tassi di insuccesso
La Form 4 ha raggiunto un tasso di riuscita della stampa del 98,7%, pari a quello della Form 3+, una stampante che è stata costantemente ottimizzata per cinque anni per migliorarne le prestazioni sul campo. Le stampanti di riferimento A e B hanno registrato, rispettivamente, tassi di riuscita della stampa pari all'86,2% e al 74,7%, ovvero tassi di insuccesso del 13,8% e del 25,3% (contro l'1,3% della Form 4). Ciò evidenzia che le stampanti di riferimento hanno un tasso di insuccesso 10-20 volte superiore a quello della Form 4 e che la macchina B fallisce una stampa su quattro.
Questi risultati sono stati ottenuti in un laboratorio in condizioni ottimali e con impostazioni convalidate per garantire la buona riuscita della stampa su tutte e quattro le macchine testate. Tuttavia, va tenuto presente che nel caso di modelli generati da utenti non in laboratorio, le condizioni di stampa non sarebbero altrettanto favorevoli. Ad esempio, il tasso di riuscita della stampa sul campo della Form 4 al momento della redazione del documento (misurato da Formlabs) era pari al 94%.
Questi risultati non tengono conto del fatto che due macchine di riferimento B sono arrivate guaste e hanno dovuto essere sostituite per poter iniziare i test. In un contesto aziendale, ciò comporterebbe la perdita di diversi giorni lavorativi, nonché ore di manodopera per risoluzione dei problemi, pulizia delle stampe non riuscite e ripristino della macchina per tentare nuovamente la stampa.
Sono molti i fattori che contribuiscono all'affidabilità di una stampante. Per Formlabs, i più importanti sono:
- Hardware: progettato per forze di distacco ridotte, ambiente e temperatura uniformi, diagnostica e monitoraggio automatizzati
- Materiali: materiali ad alte prestazioni, impostazioni di stampa convalidate
- Software: impostazioni di stampa ottimizzate con avvisi automatici
- Convalida e test di ogni nuovo prototipo di stampante
| Stampante | Form 4 | Form 3+ | Stampante di riferimento A | Stampante di riferimento B |
|---|---|---|---|---|
| Guaste all'arrivo | 0 | 0 | 0 | 2 |
| Numero previsto di stampe | 225 | 225 | 225 | 225 |
| Stampe completate | 225 | 225 | 225 | 216 |
| Stampe non riuscite | 3 | 3 | 31 | 55 |
| Tasso di insuccesso | 1,3% | 1,3% | 13,8% | 25,3% |
| Anno di lancio | 2024 | 2019 | 2023 | 2022 |
| Volume di stampa | 20 × 12,5 × 21 cm | 20 × 14,5 × 19,5 cm | 20 x 12 x 22 cm | 22 x 12 x 23,5 cm |
| Costo al momento dei test | Circa 4500 € | Circa 2500 € | Circa 450 € | Circa 650 € |
| Tecnologia | MSLA | SLA laser | MSLA | MSLA |
| Modalità di errore | Pezzi mancanti (2) Stampa interrotta (1) | Pezzi mancanti (2) Deformazione (1) | Inaderenza (13) Delaminazione (7) Pezzi mancanti (6) Fessurazione (5) | Inaderenza (31) Fessurazione (10) Pezzi mancanti (6) Delaminazione (5) Errore LCD (3) |
| Problemi non legati alla stampa | Firmware obsoleto (1) | Nessuno | Film di rivestimento da sostituire (5) | Errore riposizionamento dei componenti (7) Errore modulo LED (1) Errore LCD (2) |
| Ore di stampa perse a causa di errori | 9 | 17 | Oltre 100 | Oltre 250 |
Dimostrazione di prodotto: Form 4
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Stampa in modo affidabile con la Form 4 di Formlabs
Nell'ultimo decennio, la stampa 3D è diventata uno strumento imprescindibile per molti professionisti e professioniste, il che ha determinato una richiesta senza precedenti di stampanti affidabili, nonché di dati sulle prestazioni forniti da terze parti imparziali, fondamentali per prendere decisioni aziendali informate.
Per le applicazioni per l'hobbistica o non impegnative, le stampanti 3D a resina a basso costo possono essere una scelta conveniente. Per chi ha bisogno di stampare parti accurate in modo affidabile e senza spese di manodopera, la Form 4 rappresenta invece la soluzione ideale per risparmiare su resina, materiali di consumo, tempo e manodopera, ma anche per minimizzare problemi e scadenze non rispettate.
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