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Tutto quello che c’è da sapere sui supporti nella stampa 3D

Pubblicato il 16 Aprile 2024 da Nunzia A.

Una delle caratteristiche della produzione additiva è che offre una grande libertà di progettazione per creare pezzi complessi e di grande effetto. Tuttavia, la creazione di modelli perfetti può richiedere passaggi intermedi, come l’uso di supporti. Nella stampa 3D, i supporti, come suggerisce il nome, sono strutture che sostengono le aree non supportate di una parte. Anche se a prima vista sembra un concetto semplice, può essere difficile, soprattutto se si è agli inizi e bisogna configurare i supporti di stampa 3D per il proprio pezzo. Spesso si hanno domande come: quando sono davvero necessari? Come possono essere rimossi? Quali sono gli svantaggi del loro utilizzo? Per rispondere a queste domande, abbiamo preparato una panoramica sull’uso efficace dei supporti nella produzione additiva.

La scelta delle strutture di supporto dipende dalla tecnologia

Se stai pensando di utilizzare questi supporti, la prima cosa da tenere presente è che, a seconda della tecnologia di stampa 3D utilizzata e della complessità del progetto, il tipo di supporto e la funzione varieranno. Nella stampa 3D FDM, ad esempio, ci sono due regole generali da conoscere per le strutture di supporto: la regola dei 45 gradi e la regola dei 5 millimetri. La prima si riferisce allo spostamento orizzontale della stampante 3D tra gli strati successivi. Pertanto, se una sporgenza del pezzo si inclina con un angolo inferiore a 45 gradi rispetto alla verticale, è possibile stampare tale sporgenza senza supporti. Tuttavia, se l’angolo è maggiore, la macchina non impila correttamente gli strati e la sporgenza richiede strutture di supporto. Secondo la regola dei 5 mm i supporti non sono necessari se un ponte (distanza tra due punti paralleli del pezzo) è inferiore a 5 mm, ma se è più grande si verificano problemi di stampa. Per collegare i due punti paralleli senza supporti, la stampante utilizza una tecnica chiamata bridging.

La regola dei 45 gradi si applica alla stampa 3D a estrusione.

Al contrario, la stampa 3D in resina utilizza processi come la SLA o la DLP per produrre il pezzo finale fotopolimerizzando il materiale liquido con una sorgente luminosa. Questa tecnologia è una delle più precise, in grado di produrre gli oggetti più piccoli e complessi con dettagli esatti. Per garantire che le stampe aderiscano al piano di stampa, queste macchine richiedono quasi sempre dei supporti. Queste strutture hanno l’aspetto di sottili colonne con pochi punti di contatto con il modello, per risparmiare materiale e tempo di produzione. In questo caso, il software appropriato può calcolare il numero di supporti, la loro posizione, il punto di contatto con il pezzo; questi fattori dipendono dalla complessità del pezzo in questione. Con un adeguato post-processing, le strutture di supporto non dovrebbero influire sulla qualità del pezzo finito.

Nella produzione additiva esistono anche diverse tecnologie basate su polvere per produrre i pezzi. Questo gruppo comprende, ad esempio, la sinterizzazione laser selettiva (SLS), le tecnologie L-PBF o il binder jetting. In genere, per i processi a polimeri non è necessario disporre di supporti, poiché la polvere stessa funge da supporto per ogni strato. Se da un lato ciò consente una maggiore libertà nella progettazione dei pezzi, dall’altro spesso aumenta il costo e il tempo necessario per la stampa.

Detto questo, mentre con la sinterizzazione laser selettiva o la multi jet fusion i supporti non sono necessari, lavorare con le tecnologie metalliche è molto più complesso. Qui spesso i supporti sono necessari, ma il termine “supporti” si riferisce piuttosto all’ancoraggio dei pezzi al piano di stampa. Robert Chiari, direttore commerciale di DMG MORI, spiega: “A causa delle sollecitazioni dei metalli, in particolare dei materiali ad alta resistenza come il titanio, il materiale può staccarsi dalla struttura sottostante. Quindi il supporto in realtà serve ad ancorare il pezzo al piano durante la stampa”. Un’altra funzione della polvere che circonda le parti (oltre a fungere da supporto) è quella di dissipare il calore durante il processo di produzione, in modo da non compromettere l’integrità della parte o del materiale, una considerazione critica soprattutto quando si lavora con il metallo.

A sinistra: una parte stampata in 3D con resina. A destra, una parte stampata in 3D in metallo.

Nella stampa 3D Material Jetting, invece, le stampanti 3D necessitano di supporti. Questi supporti possono essere rimossi mediante fasi di post-processing, con bagni a ultrasuoni e sabbiatura o idrosabbiatura. Poiché l’uso dei supporti in questa tecnologia non influisce sulla finitura dei pezzi, è davvero difficile vedere dove sono stati utilizzati i supporti dopo la post-elaborazione, rendendo la superficie del pezzo più liscia rispetto ai casi in cui la rimozione è evidente.

Tipi di supporti nella stampa 3D

Sebbene le strutture di supporto abbiano una funzione simile in qualsiasi tecnologia, ne esistono diversi tipi a seconda del design o della composizione. In termini di design, le più popolari sono le cosiddette strutture reticolari. Queste strutture sono spesso utilizzate per creare colonne che tengono i pezzi in posizione, il che è molto utile per i pezzi con forti sporgenze. Sono popolari per la loro facilità e velocità di fabbricazione, oltre che per la loro compatibilità con la maggior parte dei processi di stampa. L’unico inconveniente è che in alcuni casi possono essere difficili da rimuovere e possono lasciare segni sui pezzi.

Esistono anche supporti ad albero che si caratterizzano per le strutture “a tronco” che si sviluppano in rami sottili quando raggiungono il modello stampato. Questo è molto utile per sostenere parti selezionate del pezzo che sono a sbalzo ma non troppo verticali. Gli utenti utilizzano spesso supporti lineari, che sono in qualche modo simili ai supporti ad albero. Si tratta di supporti verticali a contatto con l’intero elemento a sbalzo o ponte. Se da un lato garantiscono una tenuta corretta del pezzo, dall’altro sono più difficili da rimuovere e possono danneggiare la superficie del modello.

A sinistra: una struttura reticolare. A destra: supporti ad albero

Infine, per quanto riguarda il materiale, esistono anche materiali di supporto solubili. È possibile produrre queste strutture con stampanti 3D a doppia estrusione e rimuoverle diluendole in acqua o in un solvente con componenti più complessi. I materiali solubili più noti sono il PVA o l’HIPS, ma ne esistono anche di più avanzati, come l’AquaSys 180 (sviluppato da Infinite Material Solutions), compatibile con materiali ad alte prestazioni.

Come ottimizzare l’uso dei supporti?

Quando si utilizza la stampa 3D per produrre pezzi, è importante comprendere la funzione dei supporti e i vantaggi che offrono durante il processo di stampa. Oltre ai vantaggi già citati, come la libertà di progettazione e la certezza della qualità finale dei modelli, l’uso di queste strutture comporta anche una serie di svantaggi. Il primo riguarda la rimozione dei supporti, poiché senza un adeguato post-processing l’estetica del prodotto finale potrebbe essere compromessa. Lo stampaggio a iniezione è un’eccezione a questa regola.

Tuttavia, maggiore è il numero di supporti configurati sullo slicer, più complesso potrà essere il progetto per alcune tecnologie di produzione additiva. Ciò è strettamente correlato alla quantità di materiale necessario per la produzione dei supporti. La quantità di materiale necessaria per il pezzo può essere ottimizzata considerando vari aspetti come l’allineamento e la precisione, oltre ad altri fattori di progettazione e produzione. Regolando correttamente questi parametri, è possibile ottenere non solo una riduzione dei tempi di stampa e del materiale, ma anche dei costi finali e dei tempi di consegna.

Support structure for 3D printing

Crediti: Lychee Slicer

In sintesi, l’uso dei supporti nella produzione additiva è necessario quando si tratta di parti complesse o di modelli con molte sporgenze. Tuttavia, è importante conoscere le specificità di ciascuna tecnologia per ottenere il massimo da queste strutture di supporto e ottenere pezzi finali di alta qualità.

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*Crediti foto copertina: Hubs

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