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Cosa sono Accuratezza Risoluzione e Ripetibilità nella stampa 3D

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La stampa 3D sta entrando anche nella piccola industria italiana, e viene utilizzata sempre più da piccoli laboratori per produrre prototipi: quindi i parametri di accuratezza risoluzione e ripetibilità diventano via via più importanti.

Questi laboratori oltre ad una minima richiesta estetica richiedono che vengano realizzati modelli con misure precise, per essere integrati e calzanti in oggetti esistenti o che facciano parte di macchine funzionanti.  Si richiede sempre di più ai materiali e alle stampanti in quanto a: resistenza meccanica, chimica, tolleranze dimensionali, finiture superficiali, accuratezza risoluzione e ripetibilità.

Oggi proviamo a trattare accuratezza risoluzione e ripetibilità. Cercheremo di capire cosa si intende con ognuna di queste parole ed in che modo queste possono essere importanti per un maker. Anche in fase di acquisto di una nuova stampante, per darci i giusti parametri con cui analizzare le schede tecniche che potremmo trovarci davanti.

Risoluzione

Questo parametro spesso è esposto nelle caratteristiche tecniche delle stampanti. Anche se difficilmente corrisponde a quello che si intende realmente per risoluzione.

La risoluzione è:” in quante parti è divisibile una data unità di misura”. Quindi tipicamente avremo una risoluzione massima per X e Y, e una risoluzione massima per Z. Normalmente la risoluzione che possiamo ottenere su X e Y è maggiore di quella su Z.
In Z questa corrisponde al minimo movimento dell’asse, anche se a noi interessa maggiormente lo strato minimo depositabile sul piano. Da 1/10 ad 1/20 di millimetro. Quindi avremo layer minimi che variano da 0,1 mm a 0,05 mm (con punte di 0,02 mm di modelli particolari).

Mentre per X e Y scende anche fino a 0,012 mm, proprio dei micro movimenti. Questa precisione ci permette di arrivare a rappresentare con la plastica ogni forma desiderata, a patto che sia più grande della dimensione dell’ugello, quindi linee tipicamente più grandi di 0,4 mm. Per casi particolari si può comunque sempre sostituire l’ugello di serie con uno più piccolo, fino a 0,2 mm.

In sostanza la risoluzione determina quanto una stampa è ricca di particolari e rifinita.

Accuratezza

Anche se normalmente siamo rapiti dalla risoluzione, anche traviati da anni ed anni di televisioni, schermi e fotocamere, che ci fanno rimbalzare in testa l’idea che la risoluzione sia tutto, in realtà per la stampa 3d non è proprio così. Parametro ben più importante infatti è l’accuratezza. L’accuratezza è la fedeltà con cui viene riportata una misura nella realtà.

Facciamo un esempio molto banale. Se stampando un cubo di calibrazione riscontreremo la misura esatta riportata nel disegno allora la nostra macchina sarà molto accurata, in caso contrario non lo sarà. Ma niente paura, fortunatamente l’accuratezza è regolabile! Quindi potremo, tramite una semplice procedura, migliorare l’accuratezza della stampante.

Sono molti i parametri che possono creare un piccolo errore di dimensione delle stampe, tra cui per esempio anche il flusso non perfettamente calibrato. Un filamento dal diametro leggermente maggiore (o minore) di quanto impostato può sfalsare la dimensione, aumentandola (o diminuendola) di qualche decimo di millimetro.

Tra gli altri principali motivi per cui abbiamo una diminuzione fisiologica dell’accuratezza abbiamo una scarsa rigidità del telaio, o l’errore dato da giochi dei vari sistemi di movimentazione. Anche la velocità di stampa in molti casi, se maggiore di quanto può sopportare la stampante per una stampa ottimale può influire.

In sostanza l’accuratezza determina quanto la vostra stampa sarà dimensionalmente fedele al vostro progetto.

Ora vorrei offrirvi un piccolo bonus: Come regolare l’accuratezza dimensionale della stampante

Come abbiamo già detto la vostra macchina potrebbe avere un’altissima risoluzione ma una scarsa accuratezza. Come fare quindi per rimetterla in quadro? Il sistema è semplicissimo e del tutto simile a quanto già utilizzato per la regolazione del flusso che trovate a questo indirizzo.

Infatti basterà stampare un oggetto dalle misure note e aumentare o diminuire i passi necessari.

I passaggi sono molto semplici e il materiale necessario è comunissimo.

Avremo bisogno di:

Stampate una qualsiasi figura, meglio se facilmente misurabile, tecnica e anche grande. Più grande sarà e più paleserà l’eventuale errore di accuratezza. Per questa pratica vi consiglio un mio disegno, che potete trovare su Thingiverse (a questo indirizzo). Questo oggetto nasce come analizzatore per il primo layer, ma può essere misurato ed utilizzato per la regolazione dell’accuratezza, visto che occupa quasi tutto il piatto.

Quindi si stampa e si inizia con la misura, se questa è maggiore di quanto ci si aspetta si provvederà a diminuire i micro passi, in caso contrario, se sarà minore si aumenteranno. L’operazione per determinare di quanto diminuire o aumentare i passi è una semplice equazione:

Misura da progetto : Step impostati = Misura riscontrata : X           quindi     —>     X = Misura riscontrata x Step impostati / Misura di progetto 

X ovviamente nella nostra equazione è il nuovo valore degli step. Possiamo, per facilità rappresentativa anche riassumere così:

                         

Facciamo un esempio pratico: stampiamo un esempio pratico:

In questo caso abbiamo una misura riscontrata di 20,11, anche se il nostro cubetto avrebbe dovuto essere 20,00. La stampante in questione è impostata di fabbrica con 80 step/mm. (Questo è un valore variabile e dipende dai microstep dei driver)

Quindi il nuovo valore che dovrebbe avere la nostra stampante per l’asse Y sarà 80,44 passi/mm. Come avrete già capito questa operazione va effettuata per tutti e 3 gli assi (X,Y e Z) della stampante. Se accettate un mio consiglio però non rincorrete la perfezione, che comunque non è raggiungibile. Le stampanti FDM hanno comunque un’errore (che dipende dai fattori già citati prima) che si attesta sempre in almeno qualche centesimo di millimetro. E oltretutto l’asse Z, oltre a risentire della quantità di flusso (come X  e Y) risente anche moltissimo della regolazione del piatto, quindi un piatto con più o meno offset può far variare l’altezza addirittura di qualche decimo.

Una volta trovati i nuovi valori dovranno essere comunicati alla macchina. I più fortunati potranno modificare direttamente su tastierino e salvare in EEPROM. Se la vostra stampante non ha questa possibilità tramite Repetiter Host comunicate alla stampante i nuovi valori: nell’esempio di prima: M92 Y80,44 e date invio. Non dimenticatevi del comando M500 per salvare in EEPROM!
Può essere fatto un asse alla volta o tutti insieme. (M92 X80 Y80 Z160).

Piccoli errori, dell’ordine di qualche centesimo possono essere ridotti ulteriormente effettuando una serie di volte questa prova per ogni singolo filamento e se avrete una stampante ben stabile. E sarà il caso di farlo se avrete necessità di stampare dei prototipi funzionali con pezzi che vadano ad incastrarsi. Non ne vale la pena per le tipiche stampe, avere la benchy un decimo di millimetro più lunga o corta non cambia nulla!

Se volete stampare con una certa precisione però dovete considerare altri 2 fattori spesso sottovalutati: La ripetibilità e il mantenimento della forma

I risultati che riusciremo a raggiungere con l’impegno e le fini regolazioni della macchina dovranno essere stabili nel tempo, ovviamente. E solo in questo caso saremo in presenza di una macchina affidabile. Quindi necessiterà una verifica periodica (magari con la stampa del solito cubetto) a intervalli di tempo determinati. E dovremo confrontarlo con i precedenti.
Una differenza di misura non inferiore al 99,5% del valore è da considerarsi un risultato di tutto rispetto.

Una considerazione che voglio fare è riguardo alla capacità di un materiale di restare nella sua forma, sia durante l’estrusione, sia sottoposto a vari fattori.

Può sembrare ovvio ma in caso di particolari materiali, come l’ABS, la presenza di eventuali problemi (es Warping o Delaminazione) possono compromettere l’esatta riuscita del progetto. Andando a compromettere tutta la calibrazione effettuata.

Altra considerazione, piuttosto importante è anche sulla scelta dei materiali in base all’uso che volete fare della stampa. Se sapete che andrà posata all’aperto, o in un locale che si scalda (es. una autovettura in estate) sarà fondamentale l’uso di un termopolimero adatto. Anche qui, è inutile tutta la parte di calibrazione se poi stamperemo in PLA un oggetto che sotto il sole perderà le sue proprietà morfologiche nel giro di un paio d’ore!

Considerazioni finali

Come considerazioni finali vi direi: SI ricercare la massima risoluzione, ma fatela sempre accompagnare dalla massima accuratezza possibile. Non perdetevi però a ricercare la perfezione, perchè con i sistemi FDM comunque non è arrivabile. Gioite però perchè al contrario di molte altre tecnologie questo sistema di stampa, una volta impostato, mantiene i corretti valori, sia softweristici, che meccanici per anni!


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4 Comments

  1. tino

    16 Ottobre 2018 at 13:13

    finalmente qualcuno che capisce , a me non è stato utile perchè sono tutte cose che ho fatto , ma grazie lo stesso per aver messo un po’ di cose giuste nel solito mare di cavolate che si trovano in giro

    Reply

  2. italia3dprint

    17 Ottobre 2018 at 15:11

    Grazie mille per l’apprezzamento Tino!

    Reply

  3. Alex

    1 Aprile 2019 at 12:58

    Salve, ma la formula non è invertita?

    Reply

    • italia3dprint

      2 Aprile 2019 at 13:49

      In che senso? puoi fare un esempio? Grazie Alex

      Reply

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