Rassegna di oggetti utili realizzati tramite la stampa 3D - CAP III - Il secondo oggetto
Copertina realizzata dall'autore rielaborando questa immagine con licenza CC0 1.0
Bentrovati, carissimi!
Rieccomi qua, dopo un lungo periodo di silenzio! Oggi proseguo, finalmente, con il terzo capitolo della rubrica sulla stampa 3D che vi ho proposto in (un remoto) passato.
Prima di tutto, cercherò di ricapitolare rapidamente quanto visto nelle puntate precedenti, quindi vi parlerò di un nuovo oggetto utile realizzato con la tecnologia di stampa a filamento, analizzandone pro e contro tramite il famoso pagellino. Infine, vi lascerò un piccolo indizio sul prossimo capitolo.
RICAPITOLIAMO
Come anticipato nel primo articolo di questa serie, questa mia rubrica sulla Stampa 3D ha l'obiettivo principale di mostrarvi le possibilità offerte da tale tecnologia, per realizzare oggetti effettivamente utili nella nostra vita quotidiana; il fatto che la stampa 3D sia adoperata nell'industria o nell'ISS, la Stazione Spaziale Internazionale [1], non significa, infatti, che essa non possa tornare utile anche a noi comuni mortali per le nostre, semplicissime, esigenze quotidiane.
L'intento è quello di mostrarvi una serie di dieci oggetti utili (alcuni realizzati interamente da me, altri scovati su Thingiverse quali risorse gratuitamente scaricabili e riutilizzabili, con licenza Creative Commons) realizzabili tramite questa tecnologia, rivoluzionaria e ormai alla portata di tutti.
Mi pongo, però, anche un obiettivo trasversale e per me altrettanto importante, ovvero quello di individuare ogni volta - e spiegare, nel modo più semplice possibile – degli elementi e dei concetti di natura tecnica legati agli oggetti scelti. La volta scorsa, ad esempio, mi sono soffermata sui concetti di risoluzione e di infill; oggi ne introdurrò altri e così via, post dopo post, spero di rendere più chiare e familiari caratteristiche e problematiche tecniche legate al mondo della stampa 3D.
Nel primo articolo vi ho fornito un'introduzione, nel secondo ho cominciato la rassegna vera e propria, presentandovi il primo oggetto utile: il mostro spremi dentifricio. Se ricordate, proprio alla fine di quel post, ho inserito una foto dell'oggetto di cui vi parlerò oggi, chiedendovi di indovinare cosa fosse. La nostra @aditili è arrivata per prima alla soluzione (l'ho premiata consegnandole una bella – e verdissima, naturalmente - stampa 3D). Curiosi?
OGGETTO N. 2: l'arrotola-tubetti di dentifricio
Il secondo oggetto della rassegna: l'arrotola-tubetti di dentifricio assemblato
Immagine di proprietà dell'autore
Il secondo oggetto della mia lista svolge la stessa funzione del precedente, ovvero quella di strizzare i tubetti di dentifricio; esso usa, però, un meccanismo differente e più complesso: con una chiave, si arrotola la porzione vuota del tubetto e si fa scorrere quest'ultimo all'interno di una fessura, che lo appiattisce e lo strizza, spingendone il contenuto in direzione del beccuccio. Si tratta dello stesso principio con cui lavorano le chiavette metalliche dei tubetti di silicone.
Le parti che compongono l'arrotola-tubetti
Immagine di proprietà dell'autore
In questo secondo caso, l'oggetto non è una mia creatura, ma l'ho trovato girovagando su Thingiverse: si tratta del Toothpaste Roller (arrotola-tubetti) ideato da tale Andrey Puchkov (aka Deviator2x) e condiviso con licenza CC BY 3.0.
Vi invito a dare un'occhiata anche a questo video in cui mostro rapidamente come montare ed utilizzare l'arrotola tubetti. Perché è più facile a farsi, che a dirsi!
L'oggetto in questione è molto più pratico, nell'uso, rispetto al primo che vi ho proposto: non scivola via con facilità ed è abbastanza ampio da non richiedere modifiche al modello 3D, nel caso in cui si avesse a che fare con tubetti formato maxi. D'altra parte, essendo costituito da tre componenti, come risulta chiaro dall'immagine in alto, non è esente da alcuni problemi. Ovvero? Gli incastri. Perché? Per le tolleranze e le alterazioni dimensionali dovute al raffreddamento.
ALTERAZIONI DIMENSIONALI
Quando un oggetto viene stampato, subisce inevitabilmente l'azione della temperatura. In fase di stampa, infatti, sia il piatto (la base), sia l'ugello da cui fuoriesce il materiale plastico, sono riscaldati in modo significativo: la loro temperatura precisa dipende dalle impostazioni di stampa e dal materiale specifico, ma per darvi un'idea, il piatto raggiunge i 60-70° C, mentre l'ugello supera i 200° C! La scienza ci insegna che quando un corpo viene riscaldato, aumenta di volume; è ugualmente vero anche il contrario, per cui un corpo che si raffredda, di norma, diminuisce gradualmente di dimensioni e si “restringe”.
Ebbene, ciò accade anche agli oggetti stampati in 3D: il filamento fuso, dopo essere stato depositato, comincia a raffreddarsi ed il suo volume diminuisce a poco a poco. Inutile dirvi che questo comportamento ha delle conseguenze – a volte poco visibili ma in altri casi molto evidenti – sull'oggetto stampato, che può avere delle dimensioni molto (o troppo) diverse da quelle previste e può essere soggetto a deformazioni anomale a causa del ritiro non uniforme del materiale di stampa. Se saremo fortunati, nonostante le inevitabili alterazioni dimensionali, la funzionalità e l'aspetto dell'oggetto finito non saranno compromessi in modo manifesto da questo fenomeno. In alcuni casi, sarà sufficiente rimuovere parte del materiale in post-produzione, per facilitare incastri e movimenti tra le parti; nei casi peggiori, sarà invece necessario modificare il modello e ristamparlo, procedendo per tentativi.
Un'alterazione dimensionale chiamata “warping”: la base del modello si solleva più o meno vistosamente e in modo irregolare dal piatto di stampa, l'oggetto si “imbarca” producendo una deformazione non voluta; quando ciò avviene in modo esagerato, il modello può perdere adesione al piatto, a volte staccandosi del tutto prima di essere completato e provocando il fallimento della stampa.
Immagine di proprietà dell'autore
LE TOLLERANZE
Innanzi tutto, che cosa sono le tolleranze? Immaginate un perno che debba scorrere all'interno di un foro: perché ciò avvenga, occorre che il diametro del perno sia – seppure impercettibilmente – più piccolo rispetto a quello del foro. Ancora, immaginate di stringere fra loro con una connessione bullonata due piastre forate: a mano a mano che il dado stringe, il movimento relativo delle due piastre diviene sempre più difficile, finché esse risulteranno ben ferme tra loro, incastrate una volta per tutte. Ciò accade perché stringendo quel dado, la distanza tra i due elementi diminuisce fino a divenire minima. Lo stesso principio vale per la connessione perno-foro a cui mi riferivo prima: se la distanza dimensionale tra il diametro del foro e quello del perno sarà consistente, il secondo potrà muoversi e scorrere; se la differenza tra i due diametri diminuisce, la forza dell'incastro sarà sempre maggiore, fino ad impedire ai due oggetti qualunque forma di movimento relativo (ovvero reciproco). Se, però, tale differenza viene azzerata, il perno non potrà in alcun modo entrare nel foro, perché nel mondo reale non esiste la possibilità che i due oggetti si compenetrino (come invece accade sovente nella grafica 3D), ovvero che occupino contemporaneamente lo stesso volume.
Il meccanismi degli incastri e dei giunti, dunque, viaggiano in precario equilibrio su un filo molto sottile e la loro riuscita perfetta dipende da un buon miscuglio di fattori: le tolleranze, che vanno calcolate con criterio perché siano quelle giuste per ottenere il vincolo desiderato; le alterazioni dimensionali, che variano per ogni materiale in base alle caratteristiche fisiche e alle temperature usate per il processo di stampa (ad esempio, l'ABS ha un ritiro dimensionale molto più evidente del PLA); la precisione della stampante, la calibrazione, la risoluzione e i settings di stampa.
TRIAL & ERROR: l'approccio più efficace
Il giusto approccio per affrontare e risolvere questi problemi tecnici è, in generale, quello empirico, definito trial and error: occorre verificare tramite dei test di stampa, la flessibilità della nostra stampante, i punti di forza, le caratteristiche ed i limiti dello strumento che abbiamo a disposizione.
Come procedere, dunque? Quando ci confrontiamo con i problemi classici relativi alla stampa 3D, dobbiamo sempre considerare che non siamo di certo i primi a combattere contro i mostri di questa tecnologia. Molti designer e maker hanno già affrontato le stesse difficoltà ed alcuni hanno pensato di condividere degli strumenti, consigli e trucchi per superarle senza troppa pena, ottimizzando tempi e risorse.
In particolare, esistono dei modelli di test pronti da stampare, per verificare quale sia il livello di precisione della nostra stampante e fino a che punto possiamo spingerci, ma anche per migliorarne le prestazioni aggiustando qualche impostazione in modo opportuno. Nell'immagine sotto, ad esempio, un test di stampa permette di capire quale sia la tolleranza giusta per incastri perno-foro stampati in un'unica soluzione (gli elementi non sono stampati separatamente e assemblati solo in seguito; al contrario, essi vengono stampati tutti insieme, contemporaneamente e già nella posizione finale).
Il test di stampa, da stampare in un'unica soluzione, è costituito da un elemento forato e da cinque perni. La differenza di diametro tra ogni foro ed il perno relativo (*tolleranza*) viene indicata in frazioni di millimetro su una della facce del parallelepipedo forato. Durante il processo di stampa, una tolleranza molto piccola (0.2 e 0.3 mm) può comportare una vera e propria fusione dei due elementi, che non risultano più separabili o sono saldamente incastrati fra loro. Una tolleranza più grande (0.4, 0.5 e 0.6 mm) permette invece al perno di scorrere con facilità all'interno del foro: le due parti risultano completamente separate, "pulite", scorrevoli.
Immagine di proprietà dell'autore
Dopo aver completato la stampa degli elementi, ho verificato la natura e la forza degli incastri: i perni con tolleranza di 0.4, 0.5 e 0.6 mm sono stati immediatamente separabili dalla struttura forata; per estrarre il perno con tolleranza 0.3 ho dovuto adoperare una pinza e ho notato che i bordi dell'elemento non sono lisci e puliti come quelli degli altri perni.
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Nel tentativo di estrarre anche l'ultimo perno, con tolleranza 0.1 mm, ho rotto il piolo e una parte è rimasta incollata per sempre alla struttura forata: i due elementi si sono fusi tra loro in fase di stampa, la tolleranza era troppo piccola.
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Esistono numerosi altri modelli che fanno da test di stampa, adatti a verificare altre caratteristiche e ad identificare limiti o malfunzionamenti delle nostre stampanti 3D. Qui ne trovate alcuni, pronti per il download.
L'OGGETTO N.2: i numeri e la pagella!
Il pagellino - Immagine di proprietà dell'autore
Nell'immagine in alto, potete vedere il pagellino, una vera e propria tabella di valutazione che ho elaborato dopo aver stampato ed usato l'oggetto e che si basa sull'analisi di quattro fattori significativi, come stabilito nel primo articolo della serie: funzionalità, tempo, dimensioni e post-produzione o post-processing.
La funzionalità dell'oggetto è buona. Esso si adatta facilmente a tubetti di dentifricio di varia grandezza e il sistema di blocco impedisce che il tubetto scivoli via; d'altra parte, avendo a che fare con un oggetto composto da tre pezzi, da montare in modo corretto e che dialogano tramite un sistema di incastri a basse tolleranze, i processi di assemblaggio e disassemblaggio possono risultare un po' difficoltosi, soprattutto all'inizio. Voto 9/10.
I tempi di stampa, con una risoluzione impostata a 0,2 mm e infill regolato al 20%, sono più che accettabili: per completare la stampa simultanea di tutte le componenti dell'oggetto, occorrono circa due ore. Voto 10/10.
Le dimensioni contenute, lo fanno rientrare nella categoria di oggetti compatibili con i più comuni piatti di stampa. Consiglio di stampare i tre elementi simultaneamente per risparmiare ed ottimizzare tempo e risorse; essi vanno composti con criterio sul piatto di stampa, operazione semplice e abbastanza intuitiva sui software preposti. Nel pagellino ho indicato le dimensioni dell'oggetto assemblato; in dipendenza della disposizione degli elementi sulla superficie stampabile, varia anche l'ingombro complessivo dei pezzi sul piatto; in ogni caso, è possibile stampare il tutto senza problemi di dimensioni avendo a disposizione un piatto di stampa di 20x20 cm. Voto10/10.
Se il primo oggetto della rassegna era già pronto da utilizzare senza interventi di post-produzione, l'arrotola tubetti di dentifricio ha bisogno di alcuni piccoli ritocchi per essere utilizzato. Innanzi tutto, occorre ripulire le varie parti con un cutter, soprattutto le fessure che in alcuni casi possono deformarsi e incurvarsi un po', pregiudicandone il funzionamento. Inoltre, le piccole - o inesistenti - tolleranze calcolate in fase di modellazione, rendono necessaria l'asportazione di una parte del materiale dall'estremità della chiavetta: essa andrà inserita ed incastrata nella parte centrale dell'elemento dentato che fa da fermo; senza rimuovere il materiale in eccesso, tale incastro non risulterà possibile. Voto 8/10.
Complessivamente, anche a questo oggetto posso dare una valutazione finale di quattro stelline e mezzo, perché compensa qualche piccolo problema di dimensioni e incastri con l'ottima funzionalità e la facilità d'uso.
Anche questo terzo capitolo della rassegna è giunto al termine! Nel prossimo episodio continueremo a scoprire oggetti utili realizzati con la stampa 3D; in particolare, vi proporrò qualche variante di un oggetto estremamente comune, ormai dato per scontato, ma che nel corso della storia ha scatenato una vera e propria rivoluzione dei costumi e della moda...
Indovina indovinello, cosa hanno in comune una camicia, una giacca e un paio di jeans?
La creatività giace, spesso sepolta, nel cuore di ognuno di noi. Cambiare prospettiva può aiutarci a ritrovarla
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Fonti esterne e risorse utili:
1. The 3D Printing Handbook: Technologies, design and applications di Ben Redwood, Filemon Schöffer e Brian Garret, edito da 3D HUBS
2. A Guide to Understanding the Tolerances of Your 3D Printer
Sono rimasta a bocca aperta! Con una stampante e da casa si possono creare oggetti solidi tridimensionali? Non lo sapevo assolutamente!
La prima domanda che mi viene in mente è: l'impresa vale la spesa?
Mi fa piacere che tu abbia gradito la lettura!
Sì, con una stampante e qualche conoscenza di modellazione 3D puoi fare molte piccole cose utili o soltanto divertenti in completa autonomia e comodamente da casa!
La spesa per una stampante a filamento non è eccessiva, oggi con meno di 400 euro si trovano stampanti di qualità più che accettabile. Trasformare questo in lavoro sono convinta invece che non sia una scelta saggia, fare da centro stampa 3D non paga, la concorrenza con le grandi imprese che operano su base online è spietata (ho visto centri stampa fallire in sicilia ma anche qui a Malta). Facendo anche altro e lavorando in modo trasversale con questo tipo di strumenti, però, le prospettive sono interessanti. Occorre essere di ampie vedute, cogliere i vantaggi in modo scientifico (non basta il fatto che si possa stampare uno strizza tubetti in autonomia, la stampa 3D è di supporto ad attività altre come la progettazione, la prototipazione, la sartoria avanzata, la gioielleria, ecc...insomma serve da affiancamento).
Grazie per essere passata!
Grazie a te per la spiegazione dettagliata, è un mondo che ignoravo!
Concorrenza tipo Materialise..
Oh finalmente! Brava! Continua e non farci attendere troppo con il proseguo... Ne viene una bella raccolta da tenere.
Un saluto, nicola
Grazie mille! Ci proverò, farò del mio meglio! Sono davvero contenta che l'articolo ti sia piaciuto!
Mi mancavano questi post! Hai fatto davvero un gran lavoro! Complimenti!
Ciao, grazie di essere passato di qui e del commento, come sempre gentilissimo :*
Mi fa davvero piacere che tu abbia gradito, grazie mille!
Al solito un post frutto di approfondita ricerca e cura del testo.
Certo che anche per un oggetto così piccolo ogni fase va super progettata per evitare l'eccessivo dispendio di materiale... il tuo approccio alla materia è interessante. Complimenti!
Ti ringrazio molto, cerco sempre di approfondire al massimo, per capire pro e contro di tutto. Forse sono anche un po' troppo ossessiva nella ricerca, ma sono convinta che conoscere quel dettaglio in più possa sempre fare la differenza!
Grazie ancora per essere passata a leggermi ♥
E io che ancora uso le mani...che vergogna.
Ahahah! Quelle mica le butti, servono sempre xD
Fantastico! Adoro i tuoi post sulla stampa 3D!!
Falli piú spesso!
Grazie mille! Ci proverò :*
Questo non è un post, è una mini-enciclopedia, da quanto è accurata e sapientemente descrittiva, complimenti per questo ennesimo grande componimento, cara @nawamy!!
Addirittura! Sono estasiata! Sei troppo buono, grazie mille ♥
Che bello! Viene voglia di comprarsi una stampante 3D 🤣
Prossima puntata: bottoni? 🤩😍
Bravissimaaaa!!! Hai indovinato ♥
Oltre che curatrice di grido ti ritrovo anche come autrice di tutto rispetto!
Complimenti!
Ahah, di grido perché faccio paura alle genti? XD
Scherzi a parte, grazie, lo apprezzo molto!
Complimentoni molto bello
Grazie mille a te!