MAKARS#04: la stampa 3D FDM/FFF per i Beni Culturali

L’ultimo mese di questa edizione di Makars è stato dedicato ai corsi di stampa 3D. Abbiamo iniziato parlando di stampa 3D FFF (o FDM) e delle possibili applicazioni nel campo dei Beni Culturali. Abbiamo usato diverse stampanti e abbiamo sperimentato l’uso di molti materiali, con caratteristiche veramente interessanti.

Nella prima giornata di corso ci siamo concentrati sugli aspetti più teorici del processo di stampa, abbiamo visto come funziona una stampante 3D, come è fatta e quali sono i componenti principali. Non siamo entrati troppo nei dettagli tecnici, ma abbiamo analizzato i componenti di cui è importante conoscere il funzionamento per poter utilizzare correttamente una stampante: in particolare il blocco estrusore (“tirafilo”, hot end e ugello) e il piatto di stampa. Abbiamo inoltre discusso degli elementi a cui prestare attenzione quando si acquista una stampante, tra cui piatto di stampa riscaldato o non riscaldato, stampante aperta o chiusa, numero di estrusori, tipo di estrusore (Bowden o standard; a vite o a pignone godronato), le dimensioni dell’ugello e del “tirafilo” e così via…

Abbiamo in seguito parlato di materiali, da quelli più diffusi come PLA e ABS, ma anche di quelli particolari come ad esempio il PVA, solubile in acqua, il PET, quello delle bottigliette di plastica, o lo STRAW, composto in parta da paglia vegetale.

Ci siamo poi soffermati sui materiali più utili nel settore dei Beni Culturali. Oltre all’argilla, che sarà oggetto di un corso a parte, abbiamo discusso delle potenzialità dei materiali ibridi, cioè composti da termopolimeri e da una percentuale di polveri di vario tipo, come legno oppure metalli (bronzo, rame o ottone). In particolare ci siamo concentrati sui materiali prodotti da TreeD Filaments, un’azienda italiana che produce materiali orientati al settore architettonico e artistico. I suoi materiali sono a base di polveri di vario tipo, come marmo, sabbia e argilla, e danno vita a prodotti molto versatili (anche per la quantità di colorazioni disponibili) e che, grazie proprio alla componente di polvere, possono essere post-lavorati con molta facilità.

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Abbiamo infine analizzato i principali problemi che possono verificarsi durante la stampa e abbiamo visto alcune soluzioni per risolverli. In particolare, abbiamo discusso di warping, la deformazione che si verifica su certi tipi di materiali (ABS in primis), di oozing e in generale del problema della ritrazione che causa fastidiosi filamenti in alcuni punti dell’oggetto stampato, di overhang e di come orientare l’oggetto da stampare per evitare il più possibile di dover costruire supporti, del cracking che si può verificare in alcune stampe se non c’è un buon controllo della temperatura.

A questo punto non ci restava che stampare. Durante il secondo giorno del corso abbiamo preparato alcuni file per la stampa usando il programma di slicing Cura (ma con una veloce presentazione anche di Slic3r e di Simplify 3D). Abbiamo analizzato tutti i parametri, sia base che avanzati, per capire come settarli al meglio in base al materiale che utilizziamo, in base alle caratteristiche del modello da stampare, in base alla qualità finale che vogliamo ottenere e in base alla stampante che abbiamo a disposizione.

Grazie alla partnership tecnica con Sharebot e WASP, due dei principali produttori di stampanti 3D nel panorama italiano, i nostri studenti hanno avuto a disposizione per tutta la durata di Makars una Sharebot KIWI e una Delta WASP 20 40 (nella sezione recensioni, potete trovare delle prove dettagliate di queste macchine).

La Sharebot KIWI è un’ottima macchina entry-level, precisa e silenziosa, che ad un costo decisamente basso offre buone prestazioni, anche in stampe di lunga durata. Con la KIWI abbiamo stampato in PLA (un termopolimero prodotto da scarti vegetali) alcuni reperti del Museo Civico Archeologico di Albano Laziale digitalizzati dagli studenti durante i precedenti corsi di rilievo 3D.  Abbiamo visto come preparare la stampante (calibrazione in Z del piatto di stampa, preparazione del piatto di stampa con lacca o blue tape per evitare il distaccamento del pezzo durante la stampa, caricamento del filo) e abbiamo visto quali impostazioni di slicing settare per sfruttare al pieno le potenzialità della KIWI. Stampare in PLA è relativamente semplice e, dopo le prime normali difficoltà, i risultati sono arrivati.

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Dopo aver preso confidenza con il processo di stampa, ci siamo avventurati nell’uso di materiali più interessanti, in particolare quelli a base di polveri, anche se in certi casi sono più difficili da stampare. In particolare, questi materiali hanno bisogno di una stampante con alcune caratteristiche che consentano un maggior controllo sulla temperatura di stampa: piatto riscaldato e area di stampa chiusa. Questi due fattori permettono di raffreddare più lentamente il materiale stampato, scongiurando problemi di warping e di cracking.

Con questi materiali abbiamo utilizzato la Delta WASP 20 40, una stampante di livello professionale chiusa e con piatto riscaldato e che, grazie anche ad un’area di stampa generosa (20x40 cm), permette di stampare una grande varietà di oggetti e materiali. Abbiamo così iniziato a sperimentare i differenti materiali a disposizione grazie alla partnership con TreeD Filaments e, una volta trovati i corretti parametri di stampa, ci siamo divertiti a ricreare gli oggetti scansionati al Museo di Albano. In particolare, ci siamo concentrati nella stampa di un busto di epoca romana: abbiamo provato materiali diversi e per ogni materiale parametri diversi, in modo da trovare la giusta combinazione. Tutto è stato accuratamente annotato, in modo da poter procedere con più sicurezza nelle stampe future. In particolare abbiamo utilizzato i filamenti TreeD filaments della serie Monumental (Architectural, Sandy, Clay e Heritage Brick) e BronzFill e CorkFill di ColorFabb.

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Per chiduere abbiamo anche parlato di post-lavorazione: vapori di acetone per lisciare l’ABS, carta vetrata per i materiali a polvere, rivestimenti in resina per togliere l’effetto layers, tecniche ossidanti per i materiali a base di polveri di metalli, trattamenti per i materiali a base di fibre di legno legno, ecc…

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