Il problema della precisione e della ripetibilità nella stampa 3D
Il tema legato alla ripetibilità e accuratezza delle parti stampate infervora i più appassionati e impegna le aziende produttrici a trovare soluzioni per risolvere questo importante problema. Nonostante la stampa 3D sia nata come mezzo per la prototipazione rapida, l’evoluzione della tecnologia e lo sviluppo di nuovi materiali le hanno permesso di diventare un valido metodo per la produzione di parti finite e funzionali.
Una tecnologia è considerata utile per l'industrializzazione quando coinvolge volumi di parti più grandi, diventando scalabile e affidabile. Ciò si traduce in una necessità di accuratezza e ripetibilità paragonabile a quella attesa da qualsiasi tecnologia di produzione: la stessa parte stampata in 3D diverse volte, deve sempre rispettare le tolleranze richieste (siano esse dimensionali, meccaniche o altro).
I limiti della stampa 3D tradizionale con tecnologia FFF
Esistono diversi fattori che causano piccole imprecisioni nelle parti stampate con le tradizionali stampanti FFF (fabbricazione di filamenti fusi), tra cui:
- Parametri di processo: ovvero le impostazioni che possono essere modificate nei programmi di slicing (l'altezza layers, l’extrusion multiplier e il tipo e la percentuale di riempimento) e altri fattori come la scelta del materiale, il tipo di estrusore e la geometria della parte. Anche i parametri di processo devono spesso essere adattati a seconda delle situazioni;
- Controllo del processo: ossia la garanzia che la temperatura dell'estrusore sia costante e che la camera calda abbia un flusso d'aria uniforme che raggiunga tutte le parti, indipendentemente dalla posizione delle stesse sul piano di stampa e dalla stampante utilizzata.
Dato il gran numero di potenziali fonti di errori, raggiungere la conformità tra i job di stampa e le stampanti 3D è un'impresa difficile, ma che Roboze è riuscita ad affrontare.
L’ecosistema tecnologico Roboze nelle stampanti 3D più precise al mondo
L'ecosistema delle tecnologie di stampa Roboze è stato sviluppato con l'obiettivo di produrre le stampanti 3D più accurate e automatizzate al mondo. Lo sviluppo di questo progetto ha portato alla nascita di diverse metodologie per garantire ripetibilità e accuratezza su tutta la gamma di stampanti Roboze: dalla camera calda che garantisce un riscaldamento omogeneo in tutto il volume di stampa (maggiori info qui), al sistema brevettato Beltless che ha reso obsolete le cinghie in gomma, fino ad arrivare all'estrusore dedicato ai polimeri ad alta viscosità (HVP) e al sistema di essiccazione del filamento High Temperature (HT). Per approfondimenti visita la pagina dedicata.
Lo studio di precisione e ripetibilità delle stampanti 3D Roboze
Roboze ha condotto uno studio rappresentativo per dimostrare che la posizione geografica, l'operatore, la stampante e la posizione nella camera di costruzione non influiscono sulle parti prodotte. Di seguito i requisiti della prova:
- I campioni sono stati stampati in posizioni diverse del piano di stampa, per valutare le variazioni all'interno della stessa stampante;
- Sono state prodotte tre serie di campioni su ogni stampante, per misurare la ripetibilità tra le stampe 3D;
- Sono state utilizzate due stampanti ARGO 500, una a Bari (Italia) e l'altra a Huston (TX, USA), per misurare la ripetibilità tra macchine diverse.
Dopo la stampa 3D, i campioni sono stati separati dal film polimerico e misurati su tre assi corrispondenti agli assi della stampante (X, Y, Z) senza alcuna post-elaborazione. Le misurazioni sono state quindi confrontate con i valori STL per determinare l'accuratezza e la ripetibilità delle stampanti.
I risultati dello studio
Analizzando le oltre 900 misurazioni effettuate sui tre assi dei campioni durante lo studio, è possibile notare che le stesse sono sempre all'interno della classe di tolleranza media, secondo la norma ISO 2768. Un esempio è mostrato in figura 1, dove le misurazioni sono confrontate con i valori nominali STL in tutte e tre le dimensioni. Come dimostrato dalla sovrapposizione di media e mediana e dalla dimensione simile di Q3-mediana e mediana-Q1, la distribuzione è sempre bilanciata.
Per avere un’idea più chiara della dispersione statistica dei dati e per comprendere meglio la ripetibilità del processo è stato generato un istogramma delle deviazioni standard dei vari set di misure (figura 2). Il grafico mostra che la deviazione standard per l'83% delle misurazioni è inferiore a 0,04 mm e al 56% per 0,02 mm. In generale, la deviazione standard è bassa, dimostrando come l'ecosistema tecnologico Roboze influisca positivamente sulla consistenza del processo di stampa 3D.
I vantaggi dell’ecosistema Roboze Automate per le aziende produttrici
Lo sviluppo della tecnologia di stampa 3D Roboze ha visto anni di ricerca e partnership strategiche in un susseguirsi di implementazioni e nuovi importanti risultati, volti a industrializzare la manifattura additiva e a renderla disponibile per la reale produzione di parti finite nel mondo. Gli elementi innovativi e l’automazione della stampa 3D industriale dell’ecosistema Roboze Automate diventano fattore critico di successo delle aziende, in quanto offrono:
- ripetibilità delle operazioni;
- flessibilità produttiva;
- controllo totale del processo;
- tracciabilità;
- maggiore sicurezza.
Il tutto focalizzato nell’ottimizzare risorse, costi e migliorare la gestione della produzione.
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