Progettazione per stampa 3D: sbalzi, ponti e supporti
La FDM costruisce il pezzo strato dopo strato, e ogni strato deve avere qualcosa su cui appoggiarsi. Il valore indicativo è che gli sbalzi fino a circa 45° dalla verticale si stampano senza supporti. Le superfici più inclinate richiedono materiale di supporto, che costa tempo, materiale e post-lavorazione e lascia una superficie peggiore.
Ridisegniamo quindi la geometria in modo che il supporto non serva. Smussi a 45° sostituiscono i raccordi sul lato inferiore, i fori orizzontali ricevono una forma a goccia in alto e i grandi soffitti piani si dividono con nervature. I ponti diritti tra due appoggi riescono tipicamente fino a 10–20 mm senza problemi. Ponti più lunghi sono possibili, ma con un certo cedimento. Il giusto orientamento sul piano di stampa spesso risolve più di qualsiasi modifica geometrica.
Dove il supporto serve comunque, lo collochiamo su superfici che non si vedono e non sono funzionali. Il supporto si può anche disegnare nel modello come nervature sottili e staccabili. Dà un controllo migliore del supporto automatico dello slicer e lascia superfici più pulite.
Spessore delle pareti e dimensione dei dettagli
Lo spessore minimo di parete dipende dall'ugello. Con un ugello da 0,4 mm una linea è larga circa 0,4–0,45 mm, e una parete solida dovrebbe avere 2–3 larghezze di linea, cioè 0,8–1,2 mm. I pezzi caricati ricevono 1,6–2,4 mm, pari a quattro-sei perimetri. Le pareti disegnate come multipli esatti della larghezza di linea danno una stampa più pulita, senza sottili riempimenti intermedi.
In altezza la risoluzione dipende dall'altezza dello strato, tipicamente 0,1–0,3 mm. Un'altezza di 5,1 mm diventa quindi 5,0 o 5,2 mm con strati da 0,2 mm. Fori piccoli sotto 1–2 mm e testi con linee più sottili di circa 0,5 mm risultano poco nitidi. I dettagli funzionali che devono essere precisi li disegniamo quindi con margine o li forniamo per la ripresa a trapano.
Dettagli sottili e alti possono inoltre vibrare al passaggio dell'ugello. Torrette e perni sottili ricevono quindi una base più larga o una struttura di aiuto da staccare dopo la stampa. Si ottengono dettagli più nitidi e meno stampe fallite.
Tolleranze e giochi per gli accoppiamenti
Una stampa FDM tiene tipicamente qualche decimo di millimetro, secondo materiale, dimensioni e direzione. I fori risultano spesso un po' più piccoli del disegno, sia perché il cerchio è fatto di brevi segmenti rettilinei, sia perché la plastica si ritira. Il primo strato viene schiacciato un po', il cosiddetto piede d'elefante, e per questo smussiamo il bordo inferiore dei pezzi che devono accoppiarsi.
Per gli accoppiamenti mobili progettiamo con un gioco indicativo di 0,2–0,4 mm per lato, per quelli forzati con 0–0,1 mm. Gli snodi stampati già montati, detti print-in-place, ricevono 0,3–0,5 mm. I materiali con ritiro come ASA e PA richiedono di più. Per gli accoppiamenti critici stampiamo prima un piccolo provino con più giochi e scegliamo quello che funziona.
Le quote dipendono anche da come è disposto il pezzo. Un foro verticale riesce più rotondo e preciso di uno orizzontale. I pezzi con fori importanti li orientiamo quindi con i fori rivolti verso l'alto, quando è compatibile con i requisiti di resistenza.
Filettature, inserti e collegamenti a vite
Le viti direttamente nella plastica funzionano per montaggi occasionali, ma il filetto si consuma presto. Per collegamenti che si aprono spesso usiamo inserti filettati in ottone, inseriti a caldo con un saldatore. Il foro si disegna secondo le quote del produttore dell'inserto, e la parete attorno all'inserto dovrebbe essere di almeno 1,5–2 mm per non criccarsi.
Le alternative sono sedi esagonali per dadi comuni o filettature modellate. Le filettature modellate funzionano bene da circa M6 in su e per filettature grosse su tappi e barattoli. Le filettature più piccole preferiamo farle dopo con il maschio. Funzionano anche le viti autofilettanti per plastica, se il foro segue la raccomandazione del produttore e la torretta è irrigidita con nervature verso la parete. Nelle attrezzature e maschere combiniamo spesso inserti e boccole metalliche dove l'usura è elevata.
Orientamento e anisotropia
Un pezzo FDM non è ugualmente resistente in tutte le direzioni. L'adesione tra gli strati è più debole del filamento stesso, e la resistenza in altezza è spesso la metà o meno di quella nel piano degli strati. Per questo decidiamo presto la direzione di stampa e disegniamo il pezzo di conseguenza. Gli incastri a scatto stanno nel piano degli strati e le torrette sono irrigidite con nervature verso le pareti.
A volte è meglio dividere un pezzo in due e avvitarlo che imporre un orientamento sfavorevole. Aggiungiamo spine di centraggio e incastri, così le parti si montano correttamente. Se hai un file esistente da adattare, spesso iniziamo con il convertire STL in STEP.
Il riempimento conta meno di quanto molti pensino. Quando il riempimento è già intorno al 20–40%, più perimetri danno di solito più resistenza per grammo di un riempimento più denso. Insieme al file inviamo le impostazioni consigliate, così il pezzo esce uguale ogni volta che si stampa.
Valori indicativi DfAM per FDM (ugello 0,4 mm)
| Parametro | Valore indicativo |
|---|---|
| Sbalzo senza supporti | Fino a circa 45° dalla verticale |
| Ponte senza supporti | Circa 10–20 mm senza problemi, più lungo con un certo cedimento |
| Parete minima | 0,8–1,2 mm (2–3 larghezze di linea) |
| Parete per pezzi caricati | 1,6–2,4 mm (4–6 perimetri) |
| Altezza dello strato | 0,1–0,3 mm, tipicamente 0,2 mm |
| Gioco in accoppiamento mobile | 0,2–0,4 mm per lato |
| Accoppiamento forzato | 0–0,1 mm, verificare con un provino |
| Snodo print-in-place | 0,3–0,5 mm di gioco |
| Inserto filettato a caldo in ottone | Foro secondo il produttore, parete attorno almeno 1,5–2 mm |
| Resistenza in altezza | Spesso la metà o meno di quella nel piano degli strati |
Valori indicativi per FDM – dipendono da materiale, impostazioni di stampa e dimensioni del pezzo.
Cosa ci serve da te
- File esistente (STEP, STL o 3MF) o schizzo quotato
- Come viene caricato il pezzo e in quale direzione
- Quali quote e accoppiamenti sono critici
- Ambiente: temperatura, sole, umidità e sostanze chimiche
- Numero di esemplari e se il pezzo lo stampiamo noi o tu
- Se hai una stampante tua – ugello, materiale e volume di stampa
Esempi di lavori
- Pezzo ridisegnato per stampare senza supporti
- Cerniera stampata già montata
- Involucro con inserti a caldo per le viti
- Tappo e barattolo con filettatura modellata
- Pezzo grande diviso con spine e code di rondine
- Incastro a scatto orientato per la massima tenacità
- Pezzo alleggerito con nervature invece di materiale pieno
- Attrezzatura con boccole metalliche piantate
- Provino con più giochi per prove di accoppiamento
- Pezzo assemblato sostituito da un'unica stampa
Cosa influisce su prezzo e tempi di consegna
- Se il pezzo si disegna da zero o si adatta da un file esistente
- Numero di accoppiamenti, filettature e parti mobili
- Se il pezzo va diviso e dotato di incastri
- Numero di stampe di prova per giochi e accoppiamento
- Requisiti di resistenza e peso
- Se vanno consegnate stampe finite
Cosa ricevi
- STL e 3MF con orientamento consigliato
- STEP per modifiche future
- Raccomandazione su materiale e impostazioni di stampa
- Elenco di inserti e viti
- Stampe finite da NordiTeq (opzionale)
Domande frequenti
Che tolleranza garantisce una stampa 3D?
Una stampa FDM tiene tipicamente qualche decimo di millimetro, secondo materiale, dimensioni e direzione. Per gli accoppiamenti disegniamo con gioco e verifichiamo con un provino quando la quota è critica.
Quanto gioco serve tra due pezzi stampati in 3D?
Il valore indicativo è 0,2–0,4 mm per lato per pezzi che devono muoversi e 0–0,1 mm per un accoppiamento forzato. Dipende da materiale e stampante, quindi la cosa più sicura è un provino con più giochi.
Quale angolo si stampa senza supporti?
Circa 45° dalla verticale è un valore indicativo sicuro. Le superfici più inclinate le ridisegniamo con smussi, fori a goccia o un altro orientamento.
Come si fissano le viti in una stampa 3D?
Gli inserti filettati in ottone inseriti a caldo sono la soluzione più duratura per collegamenti che si aprono spesso. Le alternative sono sedi esagonali per dadi e filettature modellate da circa M6.
Perché i pezzi stampati in 3D si rompono lungo gli strati?
L'adesione tra gli strati è più debole del filamento di plastica. Per questo orientiamo il pezzo in modo che il carico agisca lungo gli strati e rinforziamo i passaggi bruschi con raggi.
Potete anche stampare il pezzo per me?
Sì. NordiTeq produce con tecnologia FDM in PLA, PETG, ASA, PA, PC e TPU, tra gli altri. Puoi anche ricevere i file e stampare in autonomia.