Restrizioni alla geometria della stampa 3D

Le stampanti 3D sono molto versatili per quanto riguarda i tipi di pezzi che possono produrre. A seconda della specifica tecnologia di stampa 3D utilizzata, è possibile produrre pezzi in un'ampia varietà di geometrie e dimensioni. Tuttavia, anche per le tecnologie di stampa 3D più avanzate esistono ancora restrizioni geometriche.

In questo articolo esaminiamo da vicino le limitazioni geometriche e dimensionali che è importante comprendere quando si creano modelli CAD 3D per la fabbricazione additiva. La comprensione di queste limitazioni è fondamentale, sia che si tratti di produrre pezzi di base sia che si tratti di pezzi molto complessi con caratteristiche di progettazione intricate.

Una delle limitazioni più importanti per ogni tecnologia di stampa 3D è la dimensione fisica del pezzo che può essere stampato. Sebbene ogni stampante abbia i propri limiti dimensionali, in genere è meglio utilizzare una stampante industriale per le parti più grandi. Inoltre, una delle soluzioni migliori per la produzione di parti stampate in 3D di grandi dimensioni è quella di dividere le parti in più componenti che possono essere stampati separatamente e poi assemblati dopo la conclusione della stampa.

Sebbene ogni specifica stampante 3D abbia i propri limiti di dimensioni, ecco le dimensioni comuni per i seguenti processi di stampa 3D:

• FDM - 200 x 200 x 200 mm (desktop) / 900 x 600 x 900 mm (industrial)
• SLA - 145 x 145 x 175 mm (desktop) / 1500 x 750 x 500 mm (industrial)
• SLS - 750 x 550 x 550 mm
• DMLS/SLM - 500 x 280 x 360 mm
• MJF - 380 x 285 x 380 mm

Oltre alle dimensioni di costruzione, un altro fattore critico da considerare nella progettazione delle parti stampate in 3D è lo spessore delle pareti. Ogni tecnologia di stampa 3D ha uno spessore minimo delle pareti che deve essere attentamente rispettato per evitare il fallimento del pezzo. Per la maggior parte dei progetti di parti, non è possibile stampare in 3D pareti molto sottili, a meno che non siano più larghe della dimensione minima stampabile per ciascuna tecnologia di stampa 3D.

Ecco i requisiti di spessore minimo delle pareti per ciascun processo di stampa 3D:

• FDM - 0.8 mm
• SLA/DLP - 0.5 mm
• SLS - 0.7 mm
• MJF - 0.5 mm
• DMLS/SLM - 0.4 mm

Un'altra considerazione fondamentale che i progettisti di parti devono tenere in considerazione nei loro modelli stampati in 3D è il requisito che la parte sia completamente manifold, detto anche "a tenuta stagna". Per manifold si intende che ogni bordo della parte deve essere collegato esattamente a 2 poligoni. Inoltre, la parte non deve includere alcun foro, a meno che non sia necessario per il progetto previsto. Se il modello non è manifold, c'è il rischio che il software di stampa 3D interpreti male le istruzioni per la stampante 3D. I progetti di stampa 3D non manifold potrebbero presentare fori, strati incoerenti e altri difetti. Questi problemi causeranno molto probabilmente l'impossibilità di stampare il pezzo.

Ogni stampa 3D è composta da poligoni, comunemente chiamati "facce". Sono i quadrati piatti che si trovano nei modelli poligonali non CAD.  Ogni poligono rappresenta la superficie tra 3 o 4 bordi. Inoltre, ognuno di questi spigoli deve avere 2 poligoni connessi su entrambi i lati. Il problema è che i difetti dei non-manifold spesso non sono chiari in fase di modellazione. Il metodo migliore per convalidare la stampabilità di un modello è quello di utilizzare programmi software specializzati in grado di evidenziare le caratteristiche del progetto che potrebbero causare problemi durante la stampa 3D.

Il software CAD utilizza spline a base razionale non uniforme (NURBS) per mostrare le superfici di un modello 3D. Quando si esporta il modello nel formato STL, è fondamentale assicurarsi che venga utilizzato un numero adeguato di poligoni per rappresentare le superfici. In questo modo è possibile verificare che il pezzo abbia una finitura superficiale liscia dopo la stampa 3D.

Se il modello 3D viene esportato con un numero insufficiente di poligoni, i bordi che collegano i singoli poligoni saranno probabilmente visibili nella parte stampata in 3D. In effetti, questo aspetto visivo è più pronunciato nei modelli più grandi, perché i poligoni sono più visibili sulle superfici curve. D'altra parte, se nell'esportazione del modello 3D sono presenti troppi poligoni, le dimensioni del file supereranno i limiti della maggior parte delle stampanti 3D. Inoltre, è importante notare che quando si creano maglie di poligoni, le maglie più fini comportano dimensioni di file maggiori che possono essere problematiche per la stampante 3D.