Stampa 3D di grande formato

11 consigli per stampare in modo economico oggetti molto grandi in 3D

Finora la stampa 3D di parti molto grandi è stata costosa, lenta e problematica. Le stampanti 3D di grande formato, il loro software, la manutenzione e i materiali di consumo sono tutti estremamente costosi e la finitura può essere ancora approssimativa, richiedendo una notevole post-elaborazione. Un'opzione può essere quella di utilizzare stampanti più economiche di piccole dimensioni per stampare pezzi più piccoli e poi unirli con cura, ma questo richiede più tempo e il pezzo potrebbe non combaciare correttamente. In ogni caso, il processo è lento e i pezzi potrebbero danneggiarsi durante la stampa o, peggio, durante l'uso.

Il lancio della stampante 3D Photocentric Liquid Crystal Titan (LC Titan), la più grande stampante LCD mai realizzata, apre una nuova opportunità per la stampa di oggetti molto grandi ad alta risoluzione, in modo affidabile ed economico. Ciò interesserà un'ampia gamma di aziende che desiderano produrre oggetti di grandi dimensioni in proprio.

Questi undici suggerimenti mostrano le variabili chiave da controllare per ottenere affidabilità, risoluzione, precisione dei pezzi, velocità di produzione e convenienza quando si stampano oggetti molto grandi.

    Suggerimento 1: utilizzare una resina polimerizzata con radicali liberi e non con cationi

A prima vista, l'uso dei radicali liberi sembra controintuitivo, dato che tutti i grandi sistemi laser utilizzano sistemi epossidici cationici ad apertura anulare per polimerizzare oggetti di grandi dimensioni, poiché il ritiro dell'apertura anulare è intrinsecamente minore rispetto alla rottura del doppio legame. Tuttavia, con un'accurata formulazione è possibile attenuare il ritiro dei sistemi a radicali liberi, che offrono quindi alcuni vantaggi sorprendenti rispetto ai sistemi cationici. La polimerizzazione è notevolmente più veloce e, quando si producono oggetti di grandi dimensioni, questo fa un'enorme differenza nell'utilizzo delle costose attrezzature, rendendole più produttive di un ordine di grandezza. La polimerizzazione a radicali liberi produce legami chimici irreversibili e forti, tra i più duraturi in natura, per cui i pezzi possono essere funzionali. La varietà di proprietà disponibili è molto più ampia con la polimerizzazione a radicali liberi e comprende tutto ciò che va dal duro all'elastomero.

    Suggerimento 2: stampare con la resina

La stampa SLA (Stereolitografia) o in resina è l'unico metodo in grado di soddisfare tutti i requisiti di grande scala, risoluzione fine delle caratteristiche, basso costo e resistenza funzionale. I recenti sviluppi nelle risoluzioni degli LCD hanno aumentato le risoluzioni raggiungibili per ottenere l'alta definizione su larga scala. Insieme ai progressi nelle luci posteriori che li illuminano, stanno ora definendo lo standard per quanto riguarda l'aspetto dei pezzi stampati di grandi dimensioni.

Il volume di costruzione di Titan, pari a 695 x 385 x 1200 mm (27,3 x 15,2 x 47,2″), è ancora più notevole perché ha un pixel pitch di soli 91 micron sull'intera area. Offre una risoluzione finale fenomenale su un'area molto ampia, creando pezzi dall'aspetto sorprendente, ma anche molto grandi.

Stampante 3D di grande formato - Liquid Crystal Titan la più grande stampante LCD 3D

    Suggerimento 3: Stampare con luce diurna anziché UV

Quando si stampa con LCD, la saggezza convenzionale suggerisce che la luce UV (405 nm) sia più veloce nell'avviare la polimerizzazione, poiché trasferisce più energia in proporzione rispetto alla luce visibile (460 nm). Tuttavia, la luce visibile (spesso chiamata luce diurna) polimerizza in modo più uniforme su un'ampia superficie, garantendo una conversione del doppio legame più controllata. Ciò consente una polimerizzazione uniforme e simultanea su tutta l'area di costruzione e fornisce una profondità di polimerizzazione più costante indipendentemente dalle variazioni di intensità.

La polimerizzazione con luce diurna crea pezzi di qualità superiore senza danneggiare lo schermo LCD a causa della degradazione dei raggi UV, che nel tempo diventerebbe fonte di pezzi stampati di scarsa qualità. Photocentric ha stampato più di 5 milioni di oggetti con la luce diurna ed è la scelta comprovata per i processi di fabbricazione digitale di massa a funzionamento continuo.

    Suggerimento 4: progettare il pezzo per contrastare il ritiro ed eliminare la deformazione

Tutti i processi di stampa si restringono, ma i pezzi di grandi dimensioni si restringono maggiormente in termini assoluti. La chiave è capire come il ritiro influisce sulle strutture e quindi evitare che queste possano distorcere la forma finale. Il software giusto orienterà e sosterrà il pezzo in modo che la struttura non si delamini quando avviene il distacco. Le forze devono essere attenuate in modo uniforme su una fitta matrice della rete di supporto per garantire l'affidabilità della stampa.

La deformazione può essere evitata adottando il processo "Weave" di Photocentric, un sistema di software e progettazione che consente di stampare in modo affidabile pezzi di grandi dimensioni, anche creando superfici piane e livellate molto ampie. Il processo Weave valuta la forza fisica necessaria che il pezzo deve avere quando è sottoposto a forze in diverse direzioni e quindi lo progetta per soddisfare questi criteri, ottimizzandolo al tempo stesso per ridurne il peso. Utilizza tecniche come la reticolazione dei pezzi solidi per ridurre la massa ed evitare la deformazione. La struttura a reticolo si ripiega su se stessa per rimanere isotopicamente costante. Gli oggetti stampati saranno quindi composti solo dal materiale necessario a garantire la resistenza richiesta.

    Suggerimento 5: Stampare in modo conveniente

Per valutare il costo reale della produzione di pezzi di grandi dimensioni, è necessario eseguire un costo totale di proprietà (TCO) sull'intero processo, non solo sul peso della resina. Alcune aziende produttrici di stampanti 3D monetizzano ulteriormente la loro vendita ricorrendo a costosi contratti di manutenzione, licenze software con rinnovi incredibilmente costosi, costosi pezzi di ricambio (in particolare per i laser) e considerando le visite dei tecnici come generatori di reddito.

Photocentric fornire un TCO sui pezzi prodotti su Titan, è il numero critico che un cliente deve conoscere. Dovrebbe essere possibile prendere un pezzo esemplare e ottenere il TCO per esso quando si utilizzano macchine della concorrenza. LCD ha il più basso utilizzo di elettricità di tutti i processi di stampa 3D e, se la resina viene recuperata, genera la più bassa impronta di carbonio. Titan utilizza la luce diurna, anziché i raggi UV, e quindi lo schermo durerà per sempre. Photocentric produce l'hardware e i materiali di consumo e li utilizza per realizzare i pezzi, quindi capisce quanto sia importante ridurre al massimo il TCO.

    Suggerimento 6: stampare dal basso verso l'alto, anziché dall'alto verso il basso

Sembra intuitivamente logico che, quando si stampano oggetti molto grandi con la resina, la stampa dall'alto verso il basso sia la migliore. Le forze gravitazionali agiscono a favore della stampa, poiché il pezzo si abbassa nella vasca con il liquido che sostiene la struttura in crescita e non ci sono forze di distacco da gestire. Tuttavia, se si superano questi problemi, i vantaggi della stampa dal basso verso l'alto diventano molto più significativi. Non c'è un tino di resina molto costoso che può diventare instabile, non c'è problema di cambiare i gradi di resina, i pezzi e la piattaforma si asciugano durante la stampa e la piattaforma è facilmente spostabile sulla sezione di lavaggio.

Titan funziona con la stampa dal basso verso l'alto utilizzando resine con elevata resistenza al verde e basso ritiro e il meccanismo di blow peel incorporato che solleva il pezzo dalla vasca con la piattaforma, eliminando le forze di peel. La struttura massiccia di Titan richiederebbe l'acquisto e il caricamento di un terzo di tonnellata di resina solo per iniziare a stampare un pezzo in configurazione top-down. Invece, Titan lavora con un quantitativo costante di 5 kg di resina nel serbatoio. La piattaforma e il pezzo sono in gran parte asciutti alla fine del processo di stampa, riducendo la contaminazione del lavaggio e facilitando il sollevamento e l'inserimento nel lavaggio tramite l'unità di trasferimento appositamente realizzata.

    Suggerimento 7: Utilizzare le giuste tecniche di post-elaborazione e riciclare il detergente per resine.

I problemi potrebbero essere appena iniziati quando si guarda la stampa perfetta appesa alla piattaforma, poiché la post-elaborazione di oggetti di grandi dimensioni è tecnicamente molto più impegnativa rispetto al formato desktop. Per avere successo e ridurre gli scarti è necessario disporre di una soluzione di flusso di lavoro collaudata con processi di lavaggio e polimerizzazione in piattaforma. Rimuovere i pezzi prima della lavorazione può semplificare la gestione, ma nei sistemi a radicali liberi non manterrà l'isotropia dei pezzi. Per ottenere questo risultato, è necessario esporre completamente sulla piattaforma. Non è pratico avere grandi serbatoi pieni di liquido di lavaggio perché è necessario avere un'altezza di stampa doppia per permettere alla piattaforma di sollevarsi. Per questo motivo, la pulizia è più efficace con getti direzionali di detergente per resina. Anche la polimerizzazione di parti di grandi dimensioni è più problematica rispetto a quelle più piccole, poiché la polimerizzazione deve essere eseguita in modo uniforme su tutte le superfici per evitare che una faccia si restringa in modo non isotopico. La stampa 3D di grande formato produce molti scarti di detergente per resina che devono essere raccolti e che devono essere gestiti in modo efficace. La cosa più corretta da fare dal punto di vista ambientale è ora anche quella più sensata dal punto di vista economico: la resina satura deve essere recuperata.

Photocentric fornisce unità di lavaggio e polimerizzazione dedicate e costruite ad hoc. L'unità di lavaggio Titan è progettata specificamente per consentire la direzione manuale dei getti in aree nascoste, mentre l'unità di polimerizzazione Titan eroga il calore e la luce necessari in modo coerente, con la piattaforma che ruota per creare una polimerizzazione uniforme. PhotocentricIl detergente per resina di Titan è sicuro da usare e non infiammabile e può essere riciclato all'infinito con l'apposita unità di recupero della resina. In questo modo si ottiene un rapido ritorno dell'investimento e si crea un materiale che può essere solidificato alla luce del sole per essere poi smaltito o bruciato, nonché un detergente per resina che può essere riutilizzato.

    Suggerimento 8: polimerizzare simultaneamente l'intera area di costruzione

La SLA (Stereolitografia) o stampa in resina con la luce, è l'unico metodo in grado di fornire stampe di grande formato con una resistenza funzionale e una risoluzione fine delle caratteristiche. L'LCD è l'unico metodo SLA in grado di offrire questi vantaggi e di farlo rapidamente. Questo perché gli schermi LCD trattano simultaneamente aree di grandi dimensioni, mentre altri metodi trattano aree molto piccole o addirittura solo pixel, in modo sequenziale.

Lo schermo LCD a 8k (7660 x 4320 pixel) di Titan consente all'utente di controllare oltre 33 milioni di pixel, tutti commutabili simultaneamente. Questo permette all'utente di convertire enormi quantità di liquido in solido in breve tempo ed è un ordine di grandezza più capiente rispetto all'uso del laser.

    Suggerimento 9: Stampa con impostazioni ottimizzate

La stampa dal basso verso l'alto è indubbiamente più semplice ed economica di quella dall'alto verso il basso, ma è anche molto meno permissiva. Richiede l'ottimizzazione del processo e delle impostazioni. È indispensabile superare le forze di distacco e gravitazionali, dato che la parte più grande è sospesa nello spazio e peggio ancora deve staccarsi dal film della vasca. Affinché questo funzioni, ogni volta, attraverso migliaia di strati, il processo di stampa deve operare entro ampi margini operativi. La latitudine di esposizione deve essere abbastanza ampia da consentire una polimerizzazione sufficiente, senza sovraesposizione, data una ragionevole variabilità della temperatura. Il ritardo e la velocità di sollevamento devono essere impostati in modo da garantire l'eliminazione delle forze e del flusso di liquido. L'aggiunta di resina deve essere controllata automaticamente per consentire la sostituzione della sola resina polimerizzata. Il sistema di spellatura potenziato mediante sollevamento del tino o declinazione, soffiando sotto il tino.

Photocentric hanno aggirato le forze durante il sollevamento nella stampa dal basso verso l'alto utilizzando la loro tecnologia brevettata Blow-Peel che gonfia l'aria sotto il tino appena prima che la piattaforma si sollevi. Questo cambia l'angolo in cui il pezzo si stacca dalla pellicola del tino, consentendo un distacco più rapido della stampa dalla pellicola con una forza inferiore e garantendo così una stampa uniforme. Photocentric vanta 9 anni di esperienza nella stampa 3D di grande formato che l'hanno portata alle impostazioni di stampa ottimizzate utilizzate in Titan, che offrono prestazioni senza compromettere l'affidabilità o la qualità.

    Suggerimento 10: Utilizzare resine con elevata resistenza al verde e adeguata profondità di penetrazione.

La resistenza verde, ovvero la resistenza della parte al momento della stampa, rispetto alla resistenza finale dopo l'esposizione, è il criterio fondamentale per il successo della stampa 3D di grande formato. Le parti di grandi dimensioni richiedono una soglia elevata di resistenza iniziale per rimanere in posizione durante la creazione. Se la resistenza iniziale è troppo bassa, il pezzo si staccherà e si delaminizzerà lungo i suoi strati. Le parti di grandi dimensioni traggono vantaggio dalla possibilità di stampare con una maggiore profondità di polimerizzazione, in quanto il tempo di stampa può essere ridotto in modo sostanziale utilizzando strati più spessi. Quando si polimerizza un oggetto molto grande in fette molto piccole, si vuole fare in fretta. Di conseguenza, il pezzo deve avere un bell'aspetto dopo la polimerizzazione, cioè senza brutte linee di strato che richiedono una levigatura o una lucidatura.

Per consentire una stampa 3D affidabile di grande formato, Photocentric ha progettato resine che hanno una resistenza al verde molto elevata e producono parti dall'aspetto attraente che possono sembrare indistinguibili da quelle stampate. Photocentric consiglia Magna Hard Black (per la prototipazione) e Durable DL110HB (per la resistenza) in Titan. In genere, 100 micron è lo strato più sottile utilizzato nella stampa 3D di grande formato, ma Titan consente di ottenere parti ad altissima risoluzione e dall'aspetto sorprendente con strati da 250 e persino 350 micron.

    Suggerimento 11: Utilizzare il software di supporto e di incavatura corretto

Un errore nella stampa di parti di grandi dimensioni è molto più costoso che in un formato più piccolo. Le conseguenze di arrivare alla fine di una stampa che ha richiesto un giorno o più per trovare un errore sono profonde in termini di mancate scadenze e riorganizzazione dei programmi. Una parte importante del successo ripetuto è l'uso del software giusto. Il software deve scavare il pezzo il più possibile per ridurre i costi e il peso, e deve fare il reticolo dove possibile per renderlo ancora più leggero, più forte e con minori ritiri. Deve applicare fori di sfiato per evitare il cupping e, naturalmente, creare una rete di strutture di supporto per consentire la costruzione di pezzi non supportati e mantenere l'isotropia durante la pelatura. Il supporto manuale di un pezzo di grandi dimensioni può richiedere molto tempo, ma una funzione di supporto automatico deve essere in grado di capire come le superfici si relazionano tra loro. Deve essere in grado di produrre punte di supporto sottili per evitare un eccesso di post-elaborazione, ma con una forte rete interconnessa di rami che allo stesso tempo non sprechi molta resina.

In concomitanza con il lancio di Titan, Photocentric ha creato una versione aggiornata del software di stampa Studio 3D che consente di supportare automaticamente le parti di grandi dimensioni in modo ottimale con punte di supporto molto sottili e forti reticoli di supporto interconnessi. Inoltre, è in grado di importare qualsiasi struttura reticolare predefinita, oltre alla libreria programmata.