Introduzione
Nella stampa 3D, le parti vengono costruite strato dopo strato, e ciascuno di questi strati necessita di una base su cui poggiare. A seconda della tecnologia di stampa 3D utilizzata e della complessità del modello, potrebbe essere necessario impiegare strutture di supporto.
Considerare l'uso delle strutture di supporto è fondamentale quando si sceglie la tecnologia di stampa 3D. Questi supporti influenzano direttamente il risultato finale, soprattutto in termini di finitura superficiale. Infatti, la rimozione delle strutture di supporto durante la post-elaborazione può lasciare imperfezioni o ruvidità sulla superficie del pezzo stampato.
In questo articolo, esploreremo cosa sono le strutture di supporto, come vengono implementate nelle diverse tecnologie di stampa 3D e come il loro utilizzo possa influenzare le decisioni progettuali.
Supporti nella Stampa FDM
La stampa Fused Deposition Modeling (FDM) funziona estrudendo un filamento fuso su una superficie di costruzione seguendo un percorso prestabilito. Una volta estruso, il materiale si raffredda e forma una superficie solida che serve da base per il successivo strato di materiale. Questo processo si ripete strato dopo strato fino al completamento dell'oggetto.
Quando è Necessario il Supporto nella Stampa FDM?
Nella stampa FDM, ogni strato viene stampato come un insieme di filamenti riscaldati che aderiscono ai filamenti sottostanti e circostanti. Ogni filo è leggermente sfalsato rispetto al livello precedente, permettendo la costruzione di modelli con angoli fino a 45°. Questo consente alle stampe di estendersi oltre la larghezza del livello precedente.
Tuttavia, quando una parte del modello presenta una sporgenza superiore ai 45°, il materiale tende a collassare. In questi casi, è necessario aggiungere del materiale di supporto al di sotto della sporgenza per sostenerla adeguatamente. Per maggiori informazioni su strapiombi e stampa FDM, clicca qui.
Esaminare l'utilizzo e la rimozione delle strutture di supporto è cruciale per migliorare la qualità e ottimizzare i costi della stampa 3D.
A seconda del grado di sporgenza, la stampa FDM potrebbe aver bisogno di supporto.
Figura: Esempio di Overhang inferiore e superiore a 45°. ©3DHUBS
Supporti nella Stampa FDM: Bridging vs Supporto
Quando si stampa in 3D utilizzando la tecnologia FDM (Fused Deposition Modeling), il grado di sporgenza di un modello può determinare la necessità di supporti aggiuntivi.
Tuttavia, esiste una tecnica chiamata "bridging" che può ridurre la necessità di supporti in alcune situazioni.
Bridging
Il bridging è una tecnica che consente di stampare materiale su brevi distanze tra due punti senza ricorrere ai supporti. Durante questo processo, il materiale fuso viene allungato orizzontalmente e raffreddato mentre si trova tra due punti di appoggio. Questa tecnica è efficace per distanze relativamente brevi, di solito fino a circa 5 mm. Se il ponte supera questa lunghezza, è probabile che il materiale si deformi o si abbassi, rendendo necessario l'uso di supporti per garantire una finitura superficiale liscia e precisa.
Gli ABC (o YHT) del Supporto FDM
Per comprendere meglio come e quando utilizzare i supporti, possiamo considerare alcuni modelli 3D rappresentativi, usando le lettere Y, H e T come esempi pratici.
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Lettera Y: Il modello a forma di Y è un esempio di un design che può essere stampato senza supporti aggiuntivi. Le braccia della lettera Y, che si estendono a un angolo di 45 gradi o meno, non richiedono supporto perché sono sufficientemente inclinate per permettere al materiale di aderire correttamente senza deformarsi.
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Lettera H: Il modello a forma di H presenta una configurazione un po' più complessa. Il ponte centrale orizzontale della H può essere stampato senza supporto solo se la sua lunghezza è inferiore a 5 mm. Se il ponte centrale supera questa lunghezza, il materiale tende a cedere o a deformarsi, quindi sarà necessario aggiungere supporti per mantenere la stabilità e ottenere una finitura superficiale di alta qualità.
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Lettera T: La forma della lettera T richiede supporti per le sue braccia orizzontali. Senza supporto, il materiale che costituisce le braccia orizzontali non avrebbe alcun sostegno e cederebbe, risultando in una stampa di bassa qualità. I supporti sono necessari per evitare che il materiale cada e per garantire che le braccia della T vengano stampate correttamente.
Figura: YHT con il materiale di supporto mostrato in grigio chiaro. ©3DHUBS
La decisione di utilizzare supporti nella stampa FDM dipende dalla geometria del modello e dalle specifiche esigenze di stampa. Il bridging è una tecnica utile per brevi distanze, ma per strutture più complesse o sporgenze significative, i supporti sono essenziali per ottenere risultati di alta qualità.
Comprendere come e quando applicare i supporti ti aiuterà a ottimizzare il processo di stampa, migliorando la qualità del pezzo finito e potenzialmente riducendo i costi associati alla stampa 3D.
Come appaiono gli YHT quando sono stampati
Per comprendere meglio l'impatto dell'uso o meno dei supporti nella stampa 3D FDM, osserviamo come risultano i modelli Y, H e T quando vengono stampati.
Nell'immagine sottostante, puoi vedere il risultato della stampa della lettera T senza l'uso di supporti. Come puoi notare, la superficie presenta un cedimento significativo, con il materiale che è crollato e si è deformato sotto il peso delle braccia orizzontali. Questo difetto richiederà una considerevole quantità di post-elaborazione per rimuovere le imperfezioni e ottenere una finitura liscia e pulita.
Figura: La lettera T fallisce se stampata con FDM senza alcuna struttura di supporto. ©3DHUBS
Il cedimento visibile nella stampa della T sottolinea l'importanza di utilizzare supporti per modelli con sporgenze o strutture complesse. Senza supporti adeguati, il materiale tende a cedere, compromettendo la qualità finale del pezzo stampato. Utilizzare i supporti corretti può prevenire tali problemi e ridurre il tempo e lo sforzo necessari per la post-elaborazione.
Figura: Y, H e T stampati con FDM con supporto. ©3DHUBS
Il Lato Negativo dell'uso dei Supporti nella stampa FDM
L'utilizzo di supporti nella stampa FDM presenta alcuni svantaggi che è importante considerare:
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Post-Elaborazione Necessaria: Uno degli aspetti più problematici dei supporti è che la post-elaborazione è sempre necessaria. Dopo la stampa, la superficie del modello che è stata a contatto con il supporto può mostrare segni visibili o danni. Questo richiede ulteriore lavoro per levigare e pulire la superficie, compromettendo il risultato finale.
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Qualità Inferiore degli Strati: Gli strati stampati direttamente sopra il supporto possono risultare meno perfetti rispetto agli strati stampati su una superficie solida. Poiché il supporto non è altrettanto stabile come il materiale sottostante, può causare imperfezioni e una finitura superficiale meno uniforme.
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Difficoltà di Rimozione: Rimuovere il supporto da caratteristiche piccole e complesse può essere particolarmente difficile. La rimozione del supporto in queste aree rischia di danneggiare il modello, soprattutto se non eseguita con cautela.
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Costi Aggiuntivi: L'uso dei supporti richiede ulteriore materiale di stampa, il che comporta costi aggiuntivi. Inoltre, la rimozione dei supporti richiede lavoro extra da parte del fornitore di servizi di stampa 3D, aumentando ulteriormente il costo totale del progetto.
Figura: St. Louis Gateway Arch mostra l'esempio perfetto di usare il supporto con un oggetto a forma di arco. ©3DHUBS
Quanto Supporto è Necessario per la Mia Stampa 3D FDM?
La quantità di supporto necessaria dipende dalle specifiche del modello e dalla sua geometria. Ad esempio, considera l’architettura di un pezzo che richiede solo una quantità limitata di supporto, posizionato strategicamente nella posizione corretta. Questa quantità ridotta di supporto consente una stampa accurata minimizzando i problemi associati alla post-elaborazione e ai costi aggiuntivi.
Analizzare e pianificare attentamente l'uso dei supporti può aiutare a ottenere risultati migliori e più efficienti nella stampa 3D, riducendo al minimo i problemi di qualità e costi associati.
Ad esempio, il "Ball in a Cube" è un componente che richiede una grande quantità di supporto.
Figura: Primo Piano della Stampa "Ball in a Cube" con Struttura di Supporto. ©3DHUBS
La Rimozione del Supporto: Una Sfida Complessa
Nel caso dell'esempio fornito, la rimozione del supporto è un'operazione particolarmente complessa. Ogni elemento di supporto deve essere estratto con precisione usando pinze ad ago, cercando di ridurre al minimo il danno alle superfici circostanti. Questa fase di rimozione richiede una grande attenzione per evitare di compromettere la qualità del modello finale.
In aggiunta, la levigatura e la pulizia della superficie dopo la rimozione del supporto possono risultare molto difficili. Le superfici a contatto con i supporti possono presentare segni di rugosità e imperfezioni che richiedono un intervento accurato per essere riparate. Questo processo non solo è laborioso, ma può anche richiedere attrezzature specializzate e tempo aggiuntivo.
Figura: Risultato dopo rimozione supporti. ©3DHUBS
Necessità del Materiale di Supporto
Nonostante i costi aggiuntivi e il tempo di stampa extra, in molti casi il materiale di supporto è indispensabile per ottenere risultati di alta qualità.
Senza il supporto, il modello potrebbe non essere stampabile in FDM senza compromettere seriamente la qualità e l'accuratezza. Il materiale di supporto è essenziale per sostenere parti sporgenti e complesse del modello durante la stampa, garantendo che la struttura rimanga intatta e conforme alle specifiche progettuali.
In sintesi, sebbene l'uso dei supporti comporti sfide e costi aggiuntivi, essi sono spesso cruciali per la riuscita del progetto di stampa 3D. La pianificazione accurata e una gestione efficace della fase di post-elaborazione possono contribuire a mitigare i problemi e a ottenere un risultato finale di alta qualità.
Due Tipi di Supporto nella Stampa 3D FDM
Nella stampa 3D FDM, ci sono due principali metodi per creare supporti, ciascuno con le proprie caratteristiche e vantaggi:
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Supporto a Reticolo o a Fisarmonica: Questo tipo di supporto è simile a una struttura a reticolo o a fisarmonica piatta. È il metodo più comune utilizzato nella stampa FDM. Fornisce un supporto uniforme e ampio, ideale per la maggior parte delle stampe. Questo tipo di supporto è efficace nel sostenere grandi aree e sporgenze, ma può lasciare segni sulla superficie del modello, che richiedono una post-elaborazione per essere rimossi.
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Supporto "Ad Albero": Il supporto "ad albero" è caratterizzato da una struttura a forma di alberello con ramificazioni sottili che si estendono verso il modello. Sebbene meno comune, questo metodo è preferito da alcune stampanti FDM per il suo minore contatto con la superficie del modello. Questo può comportare una migliore finitura superficiale, riducendo i segni lasciati dai supporti e semplificando la post-elaborazione.
Figura: Esempio di supporto a reticolo a sinistra, supporto ad albero a destra. ©3DHUBS
Scegliere il tipo di supporto giusto dipende dalle esigenze specifiche del progetto e dalle caratteristiche del modello. Il supporto a reticolo è generalmente più versatile e adatto a una vasta gamma di stampe, mentre il supporto "ad albero" può offrire vantaggi significativi in termini di finitura superficiale e riduzione del contatto con il modello. Comprendere queste opzioni ti aiuterà a prendere decisioni informate per ottenere i migliori risultati dalla tua stampa 3D.
Supporto Solubile
Su stampanti 3D dotate di due testine di stampa, è possibile utilizzare materiali di supporto solubili. Questi supporti sono realizzati con un materiale che può essere sciolto in una soluzione chimica senza danneggiare il materiale principale del modello.
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Vantaggi: L'uso di materiali solubili, come il PVA (alcool polivinilico), consente di ottenere una finitura superficiale di alta qualità, poiché il supporto viene completamente rimosso senza lasciare residui o segni sul modello. Questo tipo di supporto è particolarmente utile per modelli con geometrie complesse o dettagli fini.
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Esempio: Un esempio di stampante che utilizza supporto solubile è l'Ultimaker, che impiega PVA come materiale di supporto. Questo materiale si dissolve facilmente dopo la stampa, offrendo una superficie pulita e ben definita.
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Considerazioni: Sebbene l'uso di supporti solubili offra significativi benefici in termini di finitura superficiale, può essere una soluzione costosa e dispendiosa in termini di tempo. La solubilità completa del supporto richiede una fase aggiuntiva di trattamento chimico, che può prolungare il processo di produzione.
In sintesi, la scelta del tipo di supporto dipende dalle esigenze specifiche del progetto e dalle capacità della stampante 3D utilizzata. Le soluzioni solubili, sebbene più costose, possono migliorare notevolmente la qualità del modello finale, mentre i supporti a fisarmonica e ad albero offrono alternative più economiche con diversi gradi di finitura superficiale.
Considerazioni Finali
L'uso dei supporti nella stampa 3D FDM è essenziale per garantire la qualità e la precisione dei modelli, specialmente quando si affrontano geometrie complesse e sporgenze significative. Mentre il bridging può ridurre la necessità di supporti per brevi distanze, per strutture più elaborate e angoli oltre i 45 gradi, i supporti diventano imprescindibili.
Sebbene i supporti possano comportare sfide come la post-elaborazione e i costi aggiuntivi, le loro applicazioni strategiche possono ottimizzare la qualità della stampa finale. La scelta tra supporti a reticolo, a albero o dissolvibili dipende dalle specifiche esigenze del progetto e dalle capacità della stampante. La pianificazione accurata e l'uso consapevole dei supporti possono migliorare significativamente il risultato finale, riducendo al minimo i problemi di qualità e i costi associati.
©3DHUBS
