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Tolleranze nella stampa 3D – Accorgimenti per disegno e stampa

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Da qualche tempo ho cercato di capire come funzionano le tolleranze nella stampa 3D. Sono definite “tolleranze” nella stampa 3D la misura minima di scarto tra 2 distinte stampe, e diventano estremamente importanti se le produzioni si devono incastrare tra di loro.

Mi sono posto questi quesiti progettando alcuni oggetti meccanici, che dovranno essere stampati in 3D e successivamente assemblati. In alcuni  ho necessità di incastrare cuscinetti, bulloni e viti.
Per un mio progetto in particolare ho dovuto mettere a frutto tutti gli accorgimenti possibili, si tratta di un telescopio interamente stampato in 3D, che vedrete presto nella sezione progetti del Blog. Tutto ovviamente meno la lente principale e gli oculari.  Dovendo però combinarsi, oltre che con altre stampe 3D, anche con oggetti con misure ben definite, le tolleranze sono davvero stringenti.
Purtroppo sul web non ho trovato quasi nulla per documentarmi sull’argomento, quindi ho dovuto sperimentarlo personalmente.

Cosa influisce sulla precisione delle stampe e quindi sulle tolleranze nella stampa 3D?

Regolazione accuratezza degli assi

Ogni parte della stampante “ci mette dei suo“. Il software ovviamente deve essere responsabile di cercare di ricavare il meglio possibile da quello che comanda l’hardware. Quest’ultimo deve essere settato a dovere per dare il proprio meglio.
Quindi una regolazione di fino della stampante è praticamente obbligatoria. Sia l’ottimizzazione degli spostamenti sugli assi, sia la regolazione dell’estrusione diventano fondamentali quando vogliamo ridurre al minimo le aberrazioni di dimensione nella stampa dei modelli. Questo va da se che automaticamente definisce che ogni macchina ha una particolare tolleranza nella stampa. Stampanti più accurate produrranno oggetti che si riescono ad incastrare con tolleranze minori.

E’ abbastanza semplice intuire che il riportare un modello fedelmente, quindi con una certa accuratezza, diventa fondamentale se vogliamo che questo si vada ad incastrare con un’altro oggetto. La scorsa settimana abbiamo proprio parlato dell’accuratezza e spiegato come effettuare le regolazioni sugli assi.
Esiste un metodo empirico tutto sommato semplice, descritto nello stesso articolo. Potete trovarlo QUI.

Regolazione quantità di filamento

Allo stesso modo anche la quantità di flusso influisce enormemente, tutto ciò che viene fuso e posato in più diventerà un possibile scontro per il vostro incastro perfetto. Come quello che non viene estruso risulterà mancante. La guida per la regolazione del flusso di stampa è già presente da molto tempo, e segue sempre lo stesso principio di equivalenza. Se non l’avete mai letta vi consiglio una lettura, se siete in procinto di messa a punto della vostra printer. Eccovi la guida per la regolazione della quantità di filamento estruso.

Per ottenere la massima accuratezza possibile la regolazione della quantità del flusso dovrà essere effettuata ad ogni cambio del filamento. Le caratteristiche intrinseche del materiale, come tipologia di materiale, composizione, diametro, ecc, possono influire anche in maniera consistente. A riprova di questo vi mostro in alcune fotografie qui sotto quanto può essere differente una stampa effettuata con la stessa macchina e identiche impostazioni. L’unica cosa che cambia è il filamento.

Ovviamente ogni altro difetto che abbia la stampante, da un fuori squadra pesante, a un lievissimo difetto di assemblaggio, si ripercuote sul modello finito. Se può non aver mai dato particolari fastidi nel caso di creazione di modelli a se stante, per lo più artistici ora che la precisione diventa importante potrebbe iniziare a darne.
Ogni problema è risolvibile, basta non arrendersi alle prime difficoltà!

 Come capire la tolleranza della propria macchina?

Come detto prima ogni stampante ha un proprio valore di tolleranza. Questo valore dovrà essere preso in seria considerazione se vorremo iniziare a progettare e stampare personalmente i nostri modelli. Ma come definirlo?
Thingiverse ci viene incontro con un test pronto per le nostre esigenze. Lo abbiamo già preso in considerazione quando abbiamo preso in considerazione il metodo studiato dal sito Make per dare una valutazione alla nostra stampante. Senza però spiegarlo a dovere, potete vedere qui sotto il modello:

 

Il disegno elettronico è trovabile a questo indirizzo, ed è stampabile senza particolari difficoltà. Anche l’interpretazione è estremamente agevole. La tolleranza è uguale alla grandezza dell’ultimo perno che si riesce ad estrarre facilmente. Nel caso in foto la tolleranza è 0,4 mm. Questo ci dice che se vogliamo costruire 2 pezzi che si incastrino con questa macchina uno dovrà essere ridotto di 0,4 mm, o entrambi di 0,2mm. Dopo aver terminato il test saprete quali sono le tolleranze della vostra, e quindi potrete creare un disegno ad hoc.

E nei modelli generici?

Tutto cambia se state progettando un’oggetto da mettere poi su Thingiverse o su qualche altro Repository 3D, per fare in modo che chiunque lo voglia possa stamparlo.
In questo caso non potete progettare in base solamente alla vostra tolleranza…come fare?

Per il blog abbiamo avuto modo di provare una discreta quantità di macchine, in varie fasce di prezzo. E possiamo dirvi che un valore di tolleranza di 0,4 mm è piuttosto comune, per una macchina assemblata. Normalmente se si procede alla calibrazione per il filamento in uso si scende facilmente sui 0,3 mm, e in caso di estrema bravura (o foruna) si può anche arrivare a 0,2 mm.

Purtroppo 0,2 mm è un limite della macchina, anzi proprio della tecnologia FDM, e se l’errore medio è intorno ai due decimi la stampa è definibile “perfetta”.
Non tutti però possono arrivare a questi livelli di accuratezza e per non creare troppo lavoro dietro ad una sola stampa vi consiglio di progettare considerando una tolleranza di 0,5 mm.

Questo valore (mezzo millimetro) è sufficientemente accurato per la stragrande maggioranza dei modelli e la stragrande maggioranza delle stampanti raggiunge questo livello di accuratezza senza particolari interventi mirati. Se pubblicate dei modelli componibili è sempre bene indicare il livello di tolleranza considerata nel disegno, poichè chi si trova a doverlo stampare potrà verificare se è nelle sue possibilità o meno. E se mai potrà autonomamente decidere se mettere in atto tutta la serie di regolazioni per migliorare l’accuratezza oppure desistere.

Conclusioni

Quanto è importante quindi attribuire le giuste tolleranze ad un nostro progetto? Moltissimo! Sostanzialmente è la differenza tra un incastro perfetto e un fallimento. Ed è importante almeno quanto cercare di ottimizzare la precisione della nostra macchina, per arrivare a toccare i limiti che la stampa FDM ci impone. Progettate studiando ogni particolare e stampate alla massima accuratezza, questo è il segreto per risultati eccelsi!


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