1. Principio di formazione delle caratteristiche dei fori e differenze di processo
Le caratteristiche dei fori nella stampa 3D si formano mediante deposizione strato su strato; la qualità di formatura è influenzata in modo significativo dalla suddivisione in strati dello slicing, dal ritiro del materiale e dalla direzione di stampa. I fori stampati con processo FDM presentano di solito una forma ellittica, dovuta alle caratteristiche di flusso del materiale durante l’estrusione; i fori stampati con processo SLA hanno la massima precisione, fino a ±0,1 mm, ma il ritiro della resina può causare una diminuzione del diametro del foro dello 0,5-1%; il processo SLS, grazie alle caratteristiche di supporto del letto di polvere, consente di ottenere fori cilindrici veri e propri, ma con una rugosità superficiale più elevata.
2. Regole di progettazione del diametro dei fori e controllo dimensionale
Il diametro minimo del foro è il parametro principale nella progettazione dei fori. Processo FDM: il diametro minimo deve essere maggiore o uguale a 2 volte il diametro dell’ugello (con ugello da 0,4 mm, il diametro minimo è 0,8 mm; in pratica si consiglia di superare 1,2 mm); processo SLA: il diametro minimo deve essere maggiore o uguale a 0,5 mm, per i fori profondi occorre considerare il problema di evacuazione della resina; processo SLS: il diametro minimo deve essere maggiore o uguale a 0,8 mm, un diametro troppo piccolo viene ostruito dalla polvere non sinterizzata. La progettazione della tolleranza del diametro del foro deve tenere conto del ritiro del materiale: PLA, ritiro dello 0,3%, il diametro progettato dovrebbe essere aumentato dello 0,3%; ABS, ritiro dello 0,6-0,8%, il diametro progettato dovrebbe essere aumentato dello 0,6-0,8%; PA12, ritiro dell’1,5-2,5%, il diametro progettato dovrebbe essere aumentato dell’1,5-2,5%.
3. Metodi di controllo della precisione della posizione dei fori
La precisione della posizione dei fori è influenzata dal ritiro complessivo del pezzo, dall’imbarcamento e dalla direzione di stampa. I metodi per migliorarla includono: ottimizzare la direzione di stampa, allineando l’asse del foro con la direzione degli strati si può aumentare la precisione della posizione del 15-20%; aumentare la rigidità del pezzo, progettando nervature di rinforzo attorno al foro si può ridurre la deformazione da imbarcamento; utilizzare riferimenti di posizionamento, impostando punti di riferimento sulla piattaforma di stampa e, dopo la stampa, calibrare la posizione del foro con una macchina di misura a coordinate. Per progettazioni di sistemi di fori con requisiti di alta precisione, si consiglia una sequenza di processo “prima stampa, poi foratura”, lasciando un margine di 1-2 mm per il diametro del foro in fase di stampa e portandolo poi alla dimensione finale mediante lavorazione meccanica.
4. Strategie di layout dei sistemi di fori e di progettazione degli accoppiamenti
Per sistema di fori si intende una combinazione di più fori disposti secondo una specifica relazione di posizione, comune in contesti come flange, posizionamento di perni, gruppi di bulloni e simili. La progettazione del sistema di fori deve considerare: precisione dell’interasse, riferimento del gruppo di fori, gioco di accoppiamento. Regole di progettazione consigliate: tolleranza dell’interasse ±0,2-0,3 mm (FDM), ±0,1 mm (SLA/SLS); tolleranza del diametro del foro di accoppiamento H7 (classe di precisione), H9 (classe standard); diametro del foro passante per bulloni uguale al diametro nominale del bullone più 0,5-1 mm.
5. Soluzioni di post-processing e miglioramento della precisione
I metodi di post-trattamento dei fori includono: foratura e alesatura (migliorando la precisione del diametro fino a ±0,05 mm), alesatura con alesatore (migliorando la rugosità superficiale fino a Ra 1,6 μm), filettatura interna (formando filetti interni, precisione del filetto 6H/6g), levigatura (migliorando la rotondità fino a 0,01 mm). Per i fori funzionali, si consiglia di adottare un design con inserto: lasciare nello spazio del foro il volume necessario per l’installazione dell’inserto, inserire un componente standard dopo la stampa per ottenere un accoppiamento ad alta precisione.
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