La guida ai software per la stampa 3d

Un sommario riguardo a CAD, CAM, e tutti i software informatici di cui hai bisogno per utilizzare la tua stampante 3D.

Possiedi una nuova stampante 3D e un’idea brillante per realizzare il tuo primo disegno originale – e ora?

Creare e stampare i tuo modelli 3D richiede tre tipi di software. Il primo é il programma che si occupa della modellazione 3D che viene usato per disegnare le forme della tua creazione. Tradizionalmente, il software utilizzato per realizzare i prototipi di oggetti fisici é il computer-aided design (CAD). Il secondo programma é il computer-aided manifacturing (CAM) (comunemente indicato come slicer) che converte il tuo modello in istruzioni meccaniche per la stampante. Il terzo é il software di controllo della stampante, o client, il quale manda queste istruzioni alla stampante e allo stesso tempo fornisce in tempo reale un’interfaccia alle impostazioni della macchina.

3D MODELING/CAD SOFTWARE

Probabilmente la cosa più importante che farai in questo caso riguarda la scelta del software da usare. Ce ne sono molti tra cui scegliere, ma rimandano tutti a quattro tipi base: solido-intero, scultura, parametrico e poligonale. Ognuno di questi tipi base ti aiuterà a trasformare la tua idea in realtà, ma uno di loro potrebbe andare bene per disegnare una parte meccanica e un altro per scolpire la tua action figure.

SketchUpI programmi di modellazione dei solidi utilizzano principalmente un metodo chiamato geometria di costruzione dei solidi (CSG), o tecniche simili a questa, per definire figure complesse in 3D. I programmi più popolari di modellazione dei solidi che si possono avere gratis includono SketchUp, Autodesk 123D e Tinkercad (il quale viene integrato nel tuoTinkercad logo browser). In un programma di modellazione solida, le forme “primitive” più semplici come cubi, cilindri, e piramidi sono manipolati per realizzare delle forme più complesse, spesso usando le operazioni booleane di trasformazione. Per esempio, una scatola cava può essere modellata disegnando 2 cubi che si sovrappongono, uno leggermente più piccolo dell’altro, e “sottraendo” il più piccolo dal più grande.

Questi programmi hanno tre grandi vantaggi. Primo, il processo di design di modellazione dei solidi tende ad essere più intuitivo rispetto agli altri metodi, e spesso é il modo più facile per chi si avvicina alla modellazione. Secondo, solitamente l’interfaccia permette di stabilire facilmente precise misurazioni tra gli oggetti, i quali sono poi disponibili per la realizzazione di parti meccaniche. Terzo, il software gestisce automaticamente più azioni di integrità multiforme (“tenuta all’acqua”), nonostante le numerose operazioni che può richiedere la sagomatura di forme complesse.

I programmi di scultura-intagliatura, come ZBrush, Sculptris, e Mudbox utilizzano un’interfaccia “a mano libera” per creare porzioni, curvare, ruotare e modellare la superficie informe di un “blob” nell’aspetto desiderato. Questa funzione li rende perfetti per conferire una forma alle superfici organiche come facce o figure, ma risultano meno precise quando si tratta di parti ben precise o superfici piatte.

Un ottimo strumento per iniziare è Sculptris, che si può definire il “fratello minore” del più costoso ZBrush. (Anche molte applicazioni di modellatori poligonali come Blender, Modo e Maya sono disponibili con strumenti integrati per “scolpire” le figure).

I programmi di modellazione parametrica, come OpenSCAD, sono decisamente unici nel loro genere; al posto di disegnare le forme usando il mouse, gli oggetti sono realizzati e modellati da semplici programmi di scrittura che descrivono come combinare forme differenti tra loro. Ogni dimensione può essere indicata con precisione e per questo sono ottimi strumenti per creare rapidamente parti tecniche come ruote e altri oggetti meccanici.

Modelbuilder logoD’altra parte, i modellatori parametrici sono utili anche per produrre materiale grafico. Strumenti come ModelBuilder e Grasshopper di Marius Watz, editore di Rhino, sono attrezzati in modo tale da generare forme astratte inaspettate grazie all’elaborazione di altri oggetti o dati, o da puri calcoli matematici.

Designers come Nervous System li usano per creare complesse forme organiche che non potrebbero essere modellate a mano.

I programmi di modellazione poligonale rappresentano gli oggetti usando migliaia di piccolissimi triangoli schierati tutti assieme in una griglia che definisce la forma delle superfici. Esempi di questo genere di programmi includono Blender, Eds Max, Maya e Modo. Questi sono ottimi per animazioni e grafici 3D, ma richiedono maggiore attenzione quando si utilizzano per stampare in 3D in quanto è necessario essere certi che le griglie rimangano multiformi senza dimenticare poligoni o vertici disconnessi. Se un modello non è multiforme, lo strumento che taglia i vari strati non è in grado di comunicare le informazioni dall’interno all’esterno, e addirittura può rifiutarsi di processare il modello o dare luogo a G-codes che contiene errori seri.

I programmi di modellazione poligonale offrono molti strumenti di controllo ma spesso è davvero una sfida imparare ad usarli. Per l’effettiva creazione della griglia é necessario padroneggiare un gran numero di regole poco intuitive come lavorare con i “quadrupli” (al posto dei triangoli o “goni-n”), sviluppare un “bordo di flusso” per manipolare velocemente i modelli richiede l’uso di operazioni come il taglio dei bordi e il taglio ciclico, e usare gli strumenti di “suddivisione” per trasformare superfici lisce e frastagliate in figure più uniformi. Dei tutorial molto esaustivi si occupano di questi argomenti e nella maggior parte dei programmi si possono trovare on line. Visionare alcuni video può essere utile per capire come utilizzare al meglio questi programmi, e nella fase iniziale possono aiutare ad evitare alcuni errori così come lo sviluppo delle proprie capacità.

Il programma CAD genererà un modello 3D in un tipo di formato file, solitamente STL. A seconda del software che si usa e quanto complesso sia, questo file potrebbe contenere degli errori, come dei buchi o che sia stato riconvertito in formato normale, errori che hanno bisogno di essere corretti prima di spassare alla stampa.Slicer Il software CAM è in grado di individuare questi errori automaticamente, e alcuni pacchetti CAM, come Slic3r, includono dei sottoprogrammi di “riparazione” che in automatico correggono sei semplici errori, ma non puoi sempre contare su questi per aggirare il problema. Gli errori possono anche essere corretti manualmente usando i modellatori poligonali. Un’altra opzione é MeshLab, un avanzato strumento opensource di processazione di file STL e revisione che è davvero potente, ma che potrebbe scoraggiare ed intimidire colore che da poco hanno iniziato ad approcciarsi con questo mondo.

Una volta divenuto più esperto con la stampa 3D, potresti considerare l’idea di investire del denaro in un prodotto commerciale di analisi e riparazione STL come Netfabb Studio. Mentre la versione base del programma è utile per la veloce ed efficace risoluzione di molteplici problemi, la versione professionale del programma permette di puntare su elementi specifici dei modelli per manipolarli, eliminarli e ri-abbinarli. Permette anche di compiere le operazioni che permettono la divisione di un modello in più parti. Il pacchetto professionale incorpora dei sottoprogrammi che permettono il taglio in porzioni e drivers per gestire una o più stampanti direttamente, in qualche caso rimpiazzando interamente il CAM/client di programmazione.

SLICING/CAM SOFTWARE

Una volta ottenuto un modello 3D privo di errori, questo deve essere convertito in specifiche istruzioni che comunicano alla stampante dove muovere la parte calda, quando muoverla e se rimuovere la plastica lungo la linea che traccia. Questo processo qualche volta è denominato come trecciolatura o taglio. Il formato standard per queste istruzioni é un semplice linguaggio di programmazione chiamato G-code.

Storicamente, molte stampanti hanno fatto affidamento sulla macchina open source Skeinforge per preparare il G-code dai file del disegno. Recentemente comunque, hanno iniziato ad apparire alcuni programmi di taglio alternativi, il più conosciuto é Sclic3r, che lentamente ha preso il posto di Skeinforge.

Recentemente una utility chiamata KISSlicer, disponibile in versione free e pro, vanta alcune caratteristiche uniche, come il riempimento

sparso (usando più materiale vicino ai bordi della stampa e meno al centro) e un supporto multi estrusore (utilizzando diversi materiali per separare i modelli, per le strutture di sostegno e il riempimento).

Infine c’é la macchina open source per il taglio offerta da MakerBot chiamata Miracle-Grue. Esattamente come per questo articolo, si tratta di un work-in-progress e non è ancora completo e maturo come Slic3r. Può essere complicato impostarla come applicazione gratuita, ma per i programmatori è molto divertente giocarci.

Sebbene molte macchine per il taglio possano essere gestite come programmi autonomi, solitamente ci sono pacchetti client intergrati nella stampante come ReplicatorG e Pronterface, in modo che la stessa interfaccia possa essere utilizzata per caricare e tagliare direttamente i modelli 3D

.

E’ da notare che a causa del procedere strato dopo strato della stampa 3D, il G-code stampa una singola copia del modello e questo è molto diverso dallo stampare direttamente in G-code, con cui si ottengono quattro copie affiancate le une alle altre. Se vuoi stampare parti multiple per ogni lavoro, un’opzione è sistemare la piastra direttamente nel programma di modellazione 3D.

Un’altra opzione che molti trovano più conveniente è sistemare la piastra al livello del CAM. Molte macchine per il taglio, che hanno l’ambiente di stampa integrata come ReplicatorG, al momento forniscono strumenti che permettono facilmente di mettere in ordine di grandezza, riposizionare, e duplicare i modelli di CAD prima di passare al taglio. Solitamente questo include un ambiente virtuale che mostra come tutto si adatterà nella “camera” della stampante.

Il programma per il taglio ti fornirà un’interfaccia per aggiustare e correggere un grande numero di variabili relazionate alla velocità e qualità di stampa, come altezza dello strato, velocità massima di stampa, il riempimento della densità, il numero di “conchiglie” che circondano il riempimento di ogni strato, se stampare o no le strutture di supporto. Molte macchine per il taglio hanno delle tracce incorporate per permetterti di iniziare a lavorare. Probabilmente vorrai sperimentare con queste impostazioni per adattare geometrie specifiche o affrontare nuove e diverse sfide di design.

Una volta divenuti più pratici con le impostazioni di taglio sarà possibile usare un visualizzatore G-code per avere un’anteprima della stampa. Un visualizzatore mostra i comandi G-code come una serie di linee per rappresentare le testine di stampa . Scorrendo attraverso gli strati può aiutarti imparare come il software di taglio tratta la geometria dell’oggetto originale, e rivelerà errori senza usare nessun materiale plastico.

Salvare una serie di “bozze” G-code di una figura, almeno prima di eseguire un lavoro di stampa, é un buon modo di valutare gli effetti degli aggiustamenti alle varie impostazioni della macchina per il taglio. Questo è possibile se stai usando ReplicatorG, Pleasant 3D (per Mac) o GCode Viewer per Blender (piattaforma di taglio). Sia Pronterface che Repetier-Host invece integrano utilities di visualizzazione G-code.

PRINTER CONTROL/CLIENT SOFTWARE

Infine c’é il client, che sostanzialmente é il pannello di controllo in tempo reale della stampante. Fornisce un’interfaccia software dove puoi iniziare, fermare o metter in pausa il processo di stampa, così come impostare la temperatura dell’ugello dell’estrusore e il riscaldamento del piano, se presente. Solitamente il client fornirà un set di bottoni direzionali che ti permettono di muovere la testina di stampa in ogni direzione, i quali possono essere utili per il livellamento, la calibrazione del piano e l’azzeramento manuale.

Tradizionalmente la maggior parte delle macchine faceva affidamento su ReplicatorG per controllare la macchina. Recentemente invece sono apparse alcune alternative e la maggior parte di esse è davvero impressionante. La suite di Printrun (in collaborazione con Pronterface) e Repetier-Host sono le più evolute e usate. Qualche stampante closed-source, come la PP3D’Up, spedisce ai suoi clienti un client software integrato che di solito includerà un insieme di funzionalità simili. Quando il client é in uso, la sua funzione principale è quella di mandare istruzioni alla stampante grazie alla connessione wi-fi o USB.

Molte stampanti sono progettate per essere in grado di gestire questa operazione in autonomia, quindi senza la necessità di una connessione al computer. In questo caso il programma client non è necessario; la stampante legge ed esegue le istruzioni CAM da un SD card o una penna USB collegate direttamente alla stampante. Questa modalità di stampa può essere utile, per esempio, quando le stampe richiedono un tempo di elaborazione piuttosto lungo e potresti voler usare il tuo computer altrove, o le stampanti sono più dei computer che possono gestirle. L’informazione CAM di solito é salvata e conservata su un mezzo rimovibile sottoforma di istruzioni in G-code.

Cosa Aspettarsi?

Il tuo oggetto stampato ti ispirerà miglioramenti e nuove idee. Ora che hai imparato le basi, sei pronto per fare qualunque cosa!

Ricorda che il design 3D e la stampa sono processi complessi, e che raramente otterrai oggetti perfetti al primo tentativo. Se dopo averli provati non trovi nessuno di questi strumenti adatti a te, dai un’occhiata anche agli altri – non c’é ragione di limitare te stesso ad un solo lavoro. Sperimenta, modifica, ripeti! Prova ad imparare qualcosa da ogni errore, e ricorda sempre di divertirti!

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