Dalla modellazione 3D all’oggetto stampato: le 4 fasi che compongono il processo

Il passaggio dalla modellazione alla stampa 3D di un prototipo richiede l’esecuzione di 4 fasi ben definite:

1. Ideare l’oggetto da realizzare
2. Modellare l’oggetto con un software CAD
3. Effettuare il processo di Slicing attraverso un software CAM
4. Controllare il processo di stampa con un Client Software

Una volta identificato l’oggetto da stampare, è necessario creare il modello in 3D attraverso un software CAD (Compurer-Aid Design) di disegno tecnico assistito. Attraverso i software di progettazione CAD è possibile definire i punti che delimitano la geometria dell’oggetto in un sistema di coordinate cartesiane (X,Y,Z) e disegnarne la posizione esatta.

Modellare l’oggetto con un software CAD

La tipologia di oggetto da stampare in 3D determina la scelta del software da utilizzare. Possiamo quindi distinguere 3 tipi di modellazione 3D.

1. Solida
2. Scultorea
3. parametrica

1) Modellazione 3D solida

Nella modellazione solida, la progettazione CAD di un oggetto è effettuata attraverso la tecnologia CGS (geometria di costruzione dei solidi) che utilizza delle forme prestabilite “primitive”, come cilindri, cubi, sfere, piramidi, etc, attraverso le quali si andranno a realizzare oggetti più complessi. Questo genere di modellazione viene principalmente utilizzato in ambito ingegneristico o architettonico e rende possibile la modellazione 3D di qualsiasi tipo di geometria.

Alcuni dei software che utilizzano questo tipo di modellazione sono:

 SolidWorks è un software di modellazione 3D particolarmente avanzato che si adatta alle esigenze ingegneristiche e della progettazione di componenti meccanici. Disponibile nelle versioni Mac e Windows è uno strumento per la realizzazione di modelli complessi che richiedono grandissima precisione.

SketchUp è noto per essere un programma professionale, intuitivo e di facile utilizzo. Questo software di modellazione 3D può essere utilizzato per molte applicazioni diverse, dall’architettura alla medicina, a progetti ingegneristici complessi, ed è disponibile per Windows e per Mac.

Rhinoceros è un software per la modellazione 3D di superfici sculturate (curvilinee). Grazie a NURBS (Non Uniform Rational B-Splines), consente la realizzazione di qualsiasi entità geometrica. Con questa piattaforma è possibile creare, modificare, renderizzare curve, superfici, solidi, nuvole di punti e mesh, ad ogni livello di complessità. Con l’ampia scelta di plugin disponibili rappresenta la soluzione ideale per il design automobilistico, il disegno industriale, il disegno navale, per l’architettura, la prototipazione rapida, e il reverse engineering. Questo software è disponibile sia per Mac che per Windows.

AutoCAD è un software di progettazione 3D realizzato da Autodesk nel 1982. È utilizzato principalmente in ambito ingegneristico, architettonico, meccanico ed elettrotecnico. Il software AutoCAD nella versione 2018 include miglioramenti e nuove funzionalità come la riparazione del percorso dei riferimenti esterni e il riconoscimento dei file font SHX. È disponibile la verisone per Mac e Windows.

2) Modellazione 3D parametrica 

Questo tipo di modellazione realizza oggetti tridimensionali con dei programmi di scrittura (scrips) che contengono le informazioni del modello.

Combinando questi oggetti in modalità additiva o sottrattiva, impostando dei parametri specifici, è possibile avere la modellazione 3D dell’oggetto in modo molto preciso.

I software CAD disponibili per la modellazione parametrica non sono molti.

I principali disponibili sono:

Grasshopper, plugin integrato a Rhinoceros, è un ediotor grafico che, a differenza di RhinoScript, non richiede particolari conoscenze di programmazione o scripting, e consente di realizzare modelli anche estremamente complessi.

OpenScad è un software che, attraverso sequenze di comandi, legge ed interpreta gli scritp e restituisce il modello tridimensionale. Il suo utilizzo richiede una buona familiarità con la programmazione. Questo software è disponibile sia per Windows che per Mac.

3) Modellazione 3D scultorea

Questo tipo di modellazione consente la realizzazione di oggetti scolpendo delle forme geometriche di base, chiamate primitive. Delle figure geometriche più semplici vengono scolpite, sottraendo delle parti, fino ad ottenere l’oggetto desiderato.

La modellazione scultorea è utilizzata principalmente per realizzare sculture, figure, facce, oggetti naturali e organici. Superfici piane risulterebbero poco precise.

Ecco alcuni software CAD che utilizzano questo tipo di modellazione:

ZBrush è un programma di grafica computerizzata che combina modellazione, texturizzazione e painting in 3D. È usato come strumento di scultura digitale per creare modelli ad alta risoluzione e dalle superfici uniformi. Disponibile sia per Mac che per Windows.

Scultpris è un software che consente la modellazione di un oggetto come se fosse di creta. È possibile quindi allungarlo, ruotarlo, tirarlo fino ad ottenere il modello definitivo per la stampa 3D. Questo software CAD è disponibile sia per Windows che per Mac

Alcuni dei software di cui abbiamo parlato, come ad esempio Rhinoceros e Sketch Up, hanno disponibili dei tools che li rendono idonei anche per la modellazione scultorea.

Effettuare il processo di Slicing attraverso un software CAM

Una volta realizzato il modello, il file deve essere esportato nel formato STL (stereolitografia).

Questo file, contenente le informazioni sugli attributi del modello realizzato in CAD, per poter essere letto dalla stampante 3D dove essere sottoposto al processo di slicing, ovvero alla fabbricazione assistita da computer. Per questa operazione è richiesto un software CAM (Computer-Aided Manufacturing).

Il processo di slicing, divide il modello in tante piccole fette, e valuta la modalità di stampa per ogni singolo strato. Il software CAM converte il file STL in una serie di istruzioni per la stampante 3D attraverso un codice chiamato G-code in grado di impostare e ottimizzare le caratteristiche di stampa del modello.

E fondamentale quindi che il software Slicer contenga le informazioni relative alla stampante 3D utilizzata e che sia compatibile con essa.

Controllare il processo di stampa con un client Software

Il Client software serve per istruire la macchina utilizzata. Attraverso questo strumento sarà possibile controllare il processo di stampa, metterlo in pausa, bloccarlo o modificare alcune caratteristiche in tempo reale come ad esempio la temperatura dell’estrusore o la velocità.

Nonostante esistano dei client software open source molti di essi sono progettati per specifici modelli di stampanti 3D.

Per scoprire di più sulla manifattura additiva, leggi Additive manufacturing: come cambia la produzione industriale .