1. Concetti di base delle strutture in sospensione e differenze di processo
Le strutture in sospensione indicano caratteristiche geometriche prive del supporto del materiale sottostante durante il processo di stampa. Esistono differenze significative nella tolleranza agli aggetti tra i diversi processi:
Processo FDM
In assenza di supporti, in genere può tollerare angoli di aggetto fino a 45 gradi, e la lunghezza del bridge può raggiungere 20-50 mm.
Processo SLA
A causa della viscosità della resina e dell’azione dello strato polimerizzato inferiore, la tolleranza agli aggetti è leggermente superiore, ma la densità dei supporti deve essere maggiore.
Processo SLS
Grazie alla caratteristica autoportante del letto di polvere, è possibile realizzare progetti di strutture in sospensione quasi senza limitazioni.
Regole di progettazione per angoli di aggetto e bridge
La regola dei 45 gradi è la regola d’oro per la progettazione FDM e SLA: quando l’angolo di aggetto supera i 45 gradi, il materiale inizia a presentare cedimenti, filamenti e persino collassi. Tuttavia, questa regola non è assoluta; l’angolo realmente stampabile è influenzato dall’altezza layer, dalla velocità di stampa e dal tipo di materiale.
Il materiale PLA, con un’altezza layer di 0,2 mm e una velocità di 50 mm/s, può raggiungere un aggetto di 50 gradi; l’ABS, nelle stesse condizioni, può sostenere solo 40 gradi. La progettazione dei bridge deve considerare la distanza di span, il ritiro del materiale e l’efficienza di raffreddamento.
2. Tipi di strutture di supporto e strategie di selezione
Le strutture di supporto si dividono principalmente in tre tipi: supporti ad albero, supporti lineari e supporti a griglia:
1. Supporti ad albero
Adatti a caratteristiche isolate in sospensione, riducono del 40% il consumo di materiale, ma hanno una stabilità inferiore.
2. Supporti lineari
Adatti a piattaforme sospese di ampia superficie, offrono elevata resistenza di supporto e sono facili da rimuovere, ma comportano un maggiore consumo di materiale.
3. Supporti a griglia
Adatti a strutture complesse con superfici curve, bilanciano resistenza di supporto e consumo di materiale.
3. Ottimizzazione dei parametri di supporto e strategie di post-processing
La densità dei supporti viene solitamente impostata al 10-20%, mentre l’interspazio Z viene generalmente impostato a 0,2-0,4 mm; la distanza di contatto influisce sulla forza di adesione dei punti di supporto. Le strategie di ottimizzazione includono l’uso di uno strato d’interfaccia del supporto per aumentare la stabilità, la regolazione dell’angolo del supporto per facilitarne la rimozione e la pre-progettazione di scanalature di rottura nei punti di supporto per facilitarne la pulizia.
4. Casi pratici
Caso 1: progettazione di un carter per elica di drone
Il progetto originale adottava un angolo di aggetto di 60 gradi, con un tasso di fallimento di stampa fino al 70%. Soluzione di ottimizzazione: l’angolo di aggetto è stato regolato a 50 gradi, sono stati aggiunti supporti ad albero e l’interspazio Z è stato impostato a 0,3 mm. Risultato: il tasso di successo della stampa è aumentato al 95% e il consumo di materiale di supporto è diminuito del 35%.
Caso 2: progettazione di una guida chirurgica
Richiedeva un’elevata qualità superficiale e non poteva utilizzare supporti. Soluzione di ottimizzazione: è stata riprogettata l’orientazione del componente, trasformando le caratteristiche in sospensione in strutture verticali o a piccolo angolo, sfruttando le proprietà autoportanti del pezzo. Risultato: è stata ottenuta una stampa senza supporti e la rugosità superficiale Ra è scesa da 12 micrometri a 3 micrometri.
5. Conclusioni e raccomandazioni
La progettazione di strutture in sospensione è uno dei fattori chiave per il successo della stampa 3D. Scegliendo in modo appropriato il tipo di supporto, ottimizzando i parametri di supporto e adottando soluzioni di processo innovative, è possibile trovare il miglior equilibrio tra tasso di successo della stampa ed efficienza del post-processing.
Invia un modello, un disegno, un'immagine o note scritte. Gli ingegneri valuteranno materiale, processo, finitura e consegna in base all'uso effettivo.