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Modellazione a deposizione fusa (FDM): tutto quello che c’è da sapere

Pubblicato il 1 Settembre 2021 da Nunzia A.
Modellazione a deposizione fusa

La modellazione a deposizione fusa o FDM è la tecnologia principale e più nota nella stampa 3D, conosciuta anche come FFF, per maggiore brevità. S. Scott Crump ha sviluppato la FDM alla fine degli anni ‘80 e Stratasys l’ha commercializzata nel 1990. Un altro anno importante nello sviluppo della FDM è stato il 2005, quando il Professor Adrian Bowyer ha avviato il progetto RepRap, il movimento globale alla base delle stampanti 3D auto-replicanti e open-source che prendono lo stesso nome.

Come stampare in 3D con la modellazione a deposizione fusa

La FDM è spesso considerata la tecnologia di stampa 3D più semplice. Gli elementi fondamentali per la FDM sono essenzialmente 3: un piatto di stampa sul quale viene stampato il pezzo; una bobina di filamento che funge da materiale di stampa e una testina di estrusione, anche chiamata estrusore. In sintesi, il filamento è fuso dall’estrusore della stampante, che deposita il materiale strato per strato sul piatto.

FDM stampante

L’estrusore della stampante 3D Replicator 2 di Makerbot

Tutto inizia dalla progettazione dell’oggetto che si vuole stampare in 3D tramite un software 3D CAD (come SolidWorks, TinkerCAD o SelfCAD). Una volta disegnato, il modello 3D (spesso in formato .STL) è diviso in diversi strati tramite uno Slicer (come Cura o Repetier) prima di scegliere i parametri di stampa.

La stampante 3D inizia a stampare quando la macchina ha raggiunto la temperatura ottimale, solitamente circa 200°C (392°F),  necessaria per far fondere il materiale. I materiali più impiegati nella modellazione a deposizione fusa sono il PLA (acido polilattico) e l’ABS (acrilonitrile butadiene stirene).

Raggiunta la temperatura, il filamento dal diametro di 1,75 mm o 2,85 mm viene estruso sul piatto tramite un ugello. Questo si muove spostandosi sugli assi X, Y e Z. Il piatto si abbassa permettendo l’aggiunta di uno strato sull’altro fino a quando l’oggetto stampato in 3D non è pronto.

Durante la stampa potrebbero essere utili dei supporti che sostengono il modello, impedendogli di collassare. Questi supporti possono essere realizzati con lo stesso materiale dell’oggetto, in un materiale solubile in acqua, o in limonene. Alcune stampanti 3D più complesse possono essere fornite con più estrusori per unire diversi colori e materiali di supporto.

piatto di stampa FDM

Piatto di stampa della Zortrax M200

Materiali compatibili con le stampanti 3D FDM

Le stampanti FDM sono compatibili con una vasta gamma di polimeri termoplastici come il PLA e l’ABS, ma anche policarbonati (PET, PS, ASA, PVA, Nylon), filamenti compositi a base di metallo, pietra, legno e molto altro. Questi composti hanno spesso interessanti proprietà meccaniche come la conducibilità, la bio compatibilità o la termoresistenza. Sostituendo l’estrusore di una stampante 3D con un sistema a siringa, è inoltre possibile creare pezzi con l’argilla o perfino con materiali commestibili come il cioccolato! Il prezzo di questi materiali varia, per dare un’idea 1 kg di filamenti di PLA è commercializzato a circa 35€.

Ci sono alcuni nuovi progetti promettenti, che tentano di fornire pezzi policromi per combinare migliaia di colori. Questi includono, tra le altre, la Da Vinci Color di XYZprinting. Questi progetti combinano o colorano i filamenti per ottenere la gamma cromatica CMYK completa con oltre 10 milioni di combinazioni disponibili.

bobina filamento FDM

Bobina di filamento sul retro della stampante 3D Ultimaker 2+

Prezzi, prestazioni e specifiche della stampa 3D FDM

Il prezzo delle stampanti 3D FDM varia notevolmente. La più economica, di tipo RepRap componibile parte da 300 €. Il prezzo cresce esponenzialmente fino a 2.500 € per i modelli di gamma intermedia e fino a 10.000 € per macchine professionali. I principali attori sul mercato sono il produttore storico Stratasys, e brand come MakerBot (acquisito da Stratasys nel 2013), Ultimaker e Prusa.

Sebbene alcune stampanti 3D possano stampare strati sottili di uno spessore fino a 50 micron, la qualità di stampa FDM non è la miglore se paragonata ad altre tecnologie, come la stereolitografia ad esempio. Il volume che le stampanti 3D possono stampare è solitamente di 12x12x12 cm sebbene le stampanti XL possono stampare fino a 30x30x30 cm e le stampanti extreme possono stampare anche più di un metro cubo.

Ci sono diverse tipologie di stampanti 3D FDM a seconda del meccanismo utilizzato. Le stampanti 3D cartesiane impiegano le coordinate degli assi X, Y e Z, mentre i modelli polari impiegano le coordinate polari (angolo e lunghezza). Sono disponibili anche stampanti delta con una struttura verticale, un piatto di stampa rotondo e un estrusore fisso a tre bracci. Più di recente, sono stati introdotti sul mercato bracci robotici con assi di rotazione multipli per le stampanti 3D FDM.

Modellazione a deposizione fusa

Nell’FDM è quasi sempre possibile osservare i diversi strati di stampa come in questo modello di 3D Benchy

La modellazione a deposizione fusa (FDM) in poche parole

Basso costo, facilità di gestione e velocità di esecuzione rendono la stampa FDM una tecnica popolare. I settori in cui questa tecnologia trova applicazione sono diversi: aerospaziale, automotive, architettonico, medicale, artistico e altri. Il suo utilizzo principale è nella prototipazione rapida o nella convalidazione di modelli visuali o parti funzionali. L’estrusione di filamento può essere utilizzata facilmente nella produzione in piccola scala con il suo vasto catalogo di materie termoplastiche.

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