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Modellazione per la stampa 3D – Linee guida per non sbagliare!

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In questo articolo vorrei cercare di dare delle piccole linee guida  sulla modellazione per la stampa 3D. Può sembrare strano diferenziare la modellazione dalla modellazione per la stampa 3D. In fondo si usano gli stessi software, le tecniche sono identiche, così come identica è tutta la teoria.
Infatti non stiamo parlando di stravolgere il proprio metodo lavorativo, semplicmente seguire qualche accortezza che potrà semplificare il lavoro e soprattutto evitare di produrre come risultato stampe fallite.

Sappiamo che la modellazione per la stampa 3D può essere fonte di frustrazione, non esiste un approccio adatto a tutte le dimensioni. Utilizziamo tutti software diversi, stampiamo in materiali diversi e non solo utilizziamo stampanti diverse ma anche diverse tecnologie di stampa. Quindi è perfettamente normale sentirsi persi e a volte può sembrare difficile progettare un modello 3D perfetto per la stampa 3D.

Ecco perché ho voluto mettere insieme una lista di consigli e di errori da evitare quando si trasforma un modello 3D in realtà con la stampa 3D.

Il materiale

p1-320x234 Modellazione per la stampa 3D - Linee guida per non sbagliare!Iniziamo proprio dal materiale. Anche se può sembrare ininfluente le caratteristiche tecniche del materiale che vogliamo andare ad utilizzare possono modificare e non di poco la forma del modello. Ovviamente non mi riferisco al “Fillenium Malcon“, ne a “Pikachu low poly“. Se però vogliamo realizzare qualcosa con un utilità e un pochino più tecnico, dal semplice gancio ad un braccio ecc, avere ben presente quali sono le caratteristiche del materiale ci può aiutare parecchio.

E’ inutile stampare un oggetto da giardino in PLA, dopo poco sarà rovinato o sciolto (in base alla stagione). Per questo è molto utile sapere le temperature di ammorbidimento, di flessibilità e di rottura. Perchè devo sapere tutte queste informazioni sui materiali? Non stavamo parlando di modellazione?
Le due cose sono strettamente legate.

Facciamo un esempio. Mettiamo che andiamo a fare la spesa a piedi e camminare per un Km con le borse in mano ci blocca la circolazione nelle dita. Se abbiamo una stampante 3D possiamo stamparci una maniglia! Al momento di progettarla (perchè questa non ci piace) ci farà comodo sapere il materiale con cui la realizzeremo. Se dovremo reggere mediamente 10 Kg dovremmo farla spessa 2 cm, probabilmente con l’ABS basterebbe 1,5cm e con nylon 1cm.

Ogni materiale di stampa è diverso. I materiali possono essere fragili o forti, flessibili o solidi, lisci o ruvidi, pesanti o leggeri e così via. Ciò significa anche che un oggetto dovrebbe idealmente essere progettato per un materiale specifico. Ovviamente non stiamo costruendo un grattacielo e i calcoli possono essere fatti un po’ alla “buona”. Avere però un’idea di base può evitarci di stampare molti prototipi prima di arrivare a quello giusto.

 La tecnologia di stampa

Non solo le caratteristiche chimiche di base dei materiali sono diverse, ma anche le tecnologie utilizzate per stampare.

Quando andiamo ad ideare un modello per la stampa a deposizione fusa (FDM) dovremo pensare che una parte di esso dovrà stare sdraiata sul letto di stampa. Quindi in fase di progettazione sarà bene avere presente quale lato sarà la base d’appoggio. In questo caso potremmo, nel limite del possibile ingrandire questa parte al massimo, per dare un buon punto d’appoggio al modello durante la stampa.

Al contrario la stampa SLA (e DLP) non è necessario che stiano attaccate al piano. Anzi per questa tecnologia la miglior cosa è avere il modello totalmente distaccato dal piano e sorretto solamente da supporti. Quindi i modelli per la stampa a resina non devono seguire particolari regole, come quella di avere una faccia piatta. Potete progettare quello che volete, stando però attenti alle dimensioni, le stasmpanti SLA e DLP difficilmente hanno volumi di stampa altrettanto generosi come le FDM.

Un’altro fattore, marginale ma comunque degno di una menzione è l’attenzione a posizionare il baricentro. Se stiamo progettando un oggetto che deve rimanere in equilibrio allora la posizione del baricentro sarà fondamentale. Software come Autocad e Solidworks lo calcolano per noi. In tutti gli altri casi dovremo regolarci “ad occhio”.

Ultimamente però abbiamo a disposizione un’arma in più, è stato ideato un software rivoluzionario da parte dell’ Interactive Geomerty Lab.
Questo software si occupa di calcolare la forma del modello e calcola un riempimento differenziato per permettere anche ad oggetti che non dovrebbero di stare in piedi. Il progetto si chiama Make it Stand e la versione beta del programma è disponibile per il download gratuito. Ecco alcune forme davvero buffe, tutte scaricabili in stl e stampabili con la propria stampante.

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Lo spessore della parete

Anche se ho già citato questo punto più e più volte , data l’importanza cruciale, vale la pena ripeterlo.

I problemi legati allo spessore delle pareti, più correttamente delle linee, sono di gran lunga i motivi più comuni per cui alcuni modelli 3D non sono stampabili. In alcuni casi, lo spessore del particolare è troppo sottile e quindi questo non verrà preso in considerazione dallo slicer. Se debitamente scalato il vostro modello presenta muri o linee interne più piccole della grandezza del foro del nozzle, tipicamente 0,4 mm, questi non potranno essere rappresentati. Come è possibile creare una linea da 0,2 mm con il materiale che esce “spesso” 0,4? Non è possibile.

Sempre in quest’ottica è cosa buona considerare la larghezza del nozzle, come detto tipicamente 0,4, e creare pareti, linee e particolari che siamo 0,4 o multipli. Questo perchè per la stampante è impossibile fare pareti di 0,6 mm o 1mm.
Quindi dovrete progettare con i multipli di 0,4 in testa. Ovviamente questo non vale per gli oggetti grandi, più grandi di qualche millimetro in cui dove non arriva il muro sarà presente lo riempimento. O meglio non vale in fase di progettazione, ma il problema ci si riproporrà in fase di slicing.

Inoltre pareti troppo sottili rendono le parti piccole del modello molto fragili e potrebbero rompersi facilmente. Quindi devono essere progettate in modo strategico.

La risoluzione dei file

Per la stampa 3D, il formato di file più comune è lo STL (linguaggio a triangolo standard). Questo significa che il tuo modello sarà tradotto in triangoli che occupano uno spazio 3D. La maggior parte dei software di modellazione 3D ha la possibilità di esportare i progetti in un file STL e impostare la risoluzione desiderata. Selezionare la giusta risoluzione per il file è importante per garantire una buona qualità di stampa. Risoluzioni troppo basse, ma anche esageratamente  alte possono causare problemi.

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STL a bassa risoluzione:

è importante essere consapevoli che un’esportazione di scarsa qualità non ci consentirà mai di fornire una buona stampa. Bassa risoluzione significa che i triangoli nel file STL saranno grandi e la superficie della stampa non sarà liscia. Questo porterà a una stampa un po ‘”pixelata”, o meglio “triangolata

STL ad alta risoluzione:

un file con una risoluzione troppo alta renderà il file troppo grande e talvolta impossibile da gestire. Potrebbe anche arrivare ad avere  un livello di dettagli che comunque le stampanti 3D non possono stampare. Per quanto complesso un modello sia è doveroso rimanere al di sotto dei 25 Mb per una buona gestibilità ( 50 Mb in casi particolari e 100 Mb in casi estremi).

Nella maggior parte dei software di modellazione 3D, quando esporti un file ti verrà chiesto di definire la tolleranza per l’esportazione. Questa tolleranza è definita come la distanza massima tra la forma originale e la mesh STL che si sta esportando. Consigliamo di scegliere 0,01 mm per una buona via di mezzo. L’esportazione con una tolleranza inferiore a 0,01 mm non ha senso perché le stampanti 3D non possono stampare a questo livello di dettaglio. Quando si esporta con una tolleranza superiore a 0,01 mm, i triangoli potrebbero diventare visibili nella stampa 3D. Quindi a meno che non vogliate appositamente creare un modello “Low Poly” questo è il livello di definizione giusto.

Tecnica di modellazione

Ogni Maker utilizza un software preferito, ed alcuni più di uno. Alcuni di questi sono stati progettati per la creazione di stampe 3D, altri sono per lo più utilizzati da artisti 3D ed altri ancora per il disegno tecnico. Non tutti sono adatti, almeno senza averli studiati un po’ in funzione della stampa 3D. Ad esempio Sketchup rende di natura modelli tridimensionali non manifold. Ciò mal si combina alla stampa 3D. Basta qualche accortezza, nulla di grave ma bisogna esserne al corrente.

Manifold

Punto fondamentale per la stampa 3D è che l’oggetto che andremo a stampare sia manifold. Un solido manifold è un solido che esiste realmente, reale. Un solido non manifold non è  un solido reale. In un solido reale ogni singolo spigolo ha sempre due (e solo due) facce che si uniscono per creare il solido. Un solido non manifold ne piò avere anche di più. Questo genere di modello compromette la buona riuscita della stampa. Questi oggetti non si possono rappresentare materialmente, e quando ci si prova si incorre in errori.

Chiusura

Per essere correttamente rappresentato un modello oltre a rappresentare un solido reale dovrà anche essere chiuso. Questo significa che tutte le sue parti dovranno combaciare a formare un volume coeso. In fase di trasformazione in STL è possibile verificare la chiusura attraverso le normali del file STL. Può succedere che un triangolo per qualche motivo sfugga al software e quindi non venga rappresentato. Se questo triangolo però esiste esisterà la sua normale. E quando faremo richiesta di vederle questa comparirà a suggerirci che tale piano esiste, anche senza essere rappresentato.

p3-320x200 Modellazione per la stampa 3D - Linee guida per non sbagliare!Normali

Altra condizione altrettanto importante è la verifica delle normali. Abbiamo detto che il solido viene trasformato in una serie di triangoli. Ogni triangolo rappresenta un piano. La normale ad un piano è una retta perpendicolare al piano stesso che lo rappresenta univocamente. La normale oltretutto non è una retta ma un vettore, non tanto per la lunghezza quanto per la direzione. Tutte le normali del modello per rappresentare il piano devono essere orientate all’esterno. Quelle orientate verso l’interno vengono recepite con segno negativo, non rappresenteranno una superficie quindi ma un buco.

E’ importante andare a verificare le normali del modello perchè se una volta trasformato in stl alcune di queste normali verranno “invertite” dovranno essere corrette nel disegno originale.

In tutti questi casi può venirci in soccorso il software gratuito Meshmixer. Questo software può correggere i vostri errori con un semplice click. Abbiamo già proposto una guida su come riparare gli errori dei modelli 3D con Meshmixer.

A seconda del software che si sta utilizzando, potrebbe essere necessario unire le shell, i modelli potrebbero dover essere impermeabili, potrebbe essere necessario applicare gli spessori delle pareti e potrebbe essere necessario impostare le dimensioni di stampa. Ancora una volta, ogni singolo software è diverso. Leggete le linee guida del software che state usando per trasformare un modello in una stampa 3D. Se non riesci a trovarli sui siti web ufficiali del software, ricordate di chiedere all’amico Google!

Quindi come si fa la modazione per la stampa 3D?

Assicuriamoci di conoscere il software di modellazione e il materiale scelto. Se sei alle prime armi con il disegno ti consiglio di considerare Tinkercad.

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Tinkercad è un semplicissimo software per la modellazione, usandolo ti sembrerà di giocare con i lego. Se volete approfondire potete farlo con una nostra guida alle basi di Thinkercad, che vi darà gli strumenti per iniziare a creare qualcosa di vostro! Potete anche vedere qui come creare qualche simpatico gioiello. Se invece la vostra idea è imparare un software di modellazione e avete qualche difficoltà potete sempre trovare molte risorse e video tutorial online.


Spero di esservi stato d’aiuto con questo articolo, a chierirvi le idee sulla modellazione per la stampa 3D. Se lo avete trovato utile mettete MI PIACE alla  pagina Facebook di Italia 3D Print per ricevere aggiornamenti su tutte le novità del BlogPotete trovare molte altre risorse sui software della stampa 3D nel Blog!

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