3 D / M P

3D Metal Printer

Progetto

Progetto


FUNZIONAMENTO 3DMP


La tecnologia secondo la quale è stata sviluppata la macchina prevede la sovrapposizione di diversi cordoni di saldatura che rappresentano le sezioni del manufatto da sovrapporre fino ad ottenere l’oggetto finito. In questo modo per movimentare correttamente la torcia di saldatura, è stato fatto ricorso ad una meccanica a 3 assi, relativamente semplice da realizzare e controllare, contribuendo, anche in questo caso, a mantenere il costo finale a livelli accettabili.

Per la scelta del generatore, al fine di ottenere un buona qualità dell’oggetto finale sono state valutate macchine Inverter di ultima generazione, dotate di tecnologia “Sinergica”, che uniscono alla compattezza della macchina la possibilità di regolare continuamente tensione e corrente di saldatura.

Per la parte elettronica, sempre al fine di tenere il costo finale il più basso possibile, sono stati preferiti ed utilizzati componenti “open source”.

La macchina è stata concepita per poter essere integrata con tutte le saldatrici MIG presenti sul mercato. Nelle fasi iniziali di sviluppo del concept si era pensato ad una macchina “da banco”; successivamente considerato il fatto che fosse destinata prevalentemente a piccole medie imprese dotate di una propria officina, il design originale è stato opportunamente modificato, dotandola di un proprio supporto al fine di renderla indipendente, quindi più facilmente collocabile in officina.

Si è cercato di tenere la cifra stilistica del design della macchina in linea con i più contemporanei trend di design delle stampanti 3D, pur differenziandosene sostanzialmente per le asimmetrie che la caratterizzano. Inoltre essa assolve anche ad una funzione di protezione, poiché la rende completamente chiusa, impedendo la fuoriuscita dall’area di lavoro di eventuali spruzzi di materiale metallico fuso o scintille ed evitando altresì contatti accidentali degli operatori con la zona di lavoro della torcia. Nella parte superiore della struttura portante sono stati montati il piano di stampa, che si sposta nel piano X-Y, ed il supporto per la torcia di saldatura che muove quest’ultima verticalmente lungo l’asse Z. Entrambi i movimenti del piano e del supporto torcia sono realizzati mediante viti a ricircolo di sfere, azionate a loro volta da motori stepper attraverso una trasmissione a cinghia.

Tutti gli assi si muovono su manicotti a sfere che scorrono su alberi rettificati. La meccanica degli assi X e Y è fissata direttamente alla struttura portante, mentre la meccanica dell’asse Z è montata su un telaio di supporto vincolato a sua volta sulla struttura portante.

La testa di stampa è stata creta in modo da poter ospitare un supporto che si adatti facilmente alla maggior parte delle torce di saldatura in commercio.

Intorno al piano di stampa, in maniera provvisoria ed in attesa di equipaggiare le viti di movimentazione dello stesso, con opportuni manicotti, sono state previste delle paratie per proteggere le guide dagli spruzzi di metallo fuso derivanti dal processo di deposizione dei vari layer fusi.

Per raccogliere invece eventuali scorie e residui del processo, sotto il piano di stampa è posizionato un piano estraibile.

Nella parte inferiore è stato previsto un vano per alloggiare le saldatrici più compatte, all’interno del quale è collocata una presa elettrica che permette di collegare facilmente il generatore alla rete elettrica, ed il quadro elettrico. Lateralmente sono state inserite aperture per permettere il passaggio del cavo torcia e del tubo per il gas protettivo, nel caso si utilizzasse per il processo di deposizione di layer fusi, un filo metallico non animato. Il quadro elettrico è sistemato lateralmente ed è estraibile per poter essere facilmente ispezionato in ogni momento.

L’elettronica di controllo della macchina è contenuta in un vano estraibile posizionato lateralmente nella parte bassa della macchina. La gestione elettronica è stata affidata a schede commerciali facilmente reperibili, con il duplice obiettivo di mantenere accessibile il livello di costo della macchina e di rendere facilmente reperibile i ricambi. La scheda di controllo utilizzata è una PiBot rev. 2.0, creata per gestire stampanti 3D o piccole CNC, alla quale sono collegati i driver per azionare i motori passo-passo basati sul chip Toshiba6600. I driver e la scheda vengono alimentati separatamente da un alimentatore 12Vdc 240W, attraverso una morsettiera montata su barra DIN.

L’accensione e lo spegnimento della torcia è comandato attraverso un relè, che sostituisce l’interruttore presente sulla torcia. L’impulso per il relè deriva da uno dei pin della scheda che, normalmente, comanderebbe il motore dedicato all’estrusore.

Per ottenere il corretto posizionamento degli assi sono stati utilizzati dei fine corsa ottici, sempre dello stesso produttore della scheda di controllo.

Il firmware presente sulla scheda è quello fornito dal produttore per il controllo delle normali stampanti 3D ed è basato sul linguaggio di Arduino. Oltre alle calibrazioni necessarie per adattare il firmware alla macchina, non sono state apportate ulteriori modifiche. E’ stato escluso il piano riscaldato e per quanto riguarda la temperatura di estrusione il termistore è stato sostituito con una resistenza elettrica che “simuli” la temperatura di 400°, in questo modo è stato garantito il regolare funzionamento del firmware.

Anche se l’estrusore non è presente, non è stato escluso dal firmware per poter sfruttare il segnale che quest’ultimo invia al motore dell’estrusore utilizzandolo per comandare il relè che attiva la torcia; in questo modo la torcia depositerà il metallo fuso solo quando necessario.

Il software di gestione da utilizzare è quello che fornisce il costruttore della scheda. Il software gestisce la fase di preparazione alla stampa, cioè lo “slice” del modello solido, attraverso il software Slic3r, e la fase di lavoro vera e propria collegando il PC alla scheda di controllo. Per quanto riguarda la fase di preparazione, sul software è stata creata un’apposita impostazione disattivando lo skirt iniziale e modificato la trama dell’infill, impostandola come “concertic”, in questo modo si ottengono manufatti completamente pieni. L’altezza dei layer è stata impostata a partire dallo spessore del filo, mentre il diametro di estrusione del filo è stato impostato pari al diametro del filo utilizzato. La velocità di stampa viene fatta variare in accordo alle velocità di avanzamento del filo e delle correnti settate sulla saldatrice.

Questo progetto è stato finanziato dal programma per la ricerca e innovazione dell’Unione Europea Horizon 2020 in base al Grant Agreement n° 744481.

Il Team

Il Team


PROGEMEC è fondata all’inizio del 2011 da due giovani ingegneri meccanici, a seguito dell’analisi delle realtà produttive presenti sul territorio della Provincia di Frosinone e della Regione Lazio e dello studio delle loro caratteristiche ed esigenze intrinseche, con lo scopo di offrire un servizio qualificato di analisi e consulenze in ambito ingegneristico. L’azienda nasce con capitale esclusivamente privato ed ha beneficiato, negli anni scorsi, di contributi pubblici volti a favorire la crescita dell’impresa anche su mercati internazionali.

La società ha per oggetto prevalente le seguenti attività: Modellazione solida e bidimensionale; Esecuzioni di calcoli strutturali ed analisi FEM; sviluppo, produzione, assemblaggio e commercio di attrezzature industriali, macchinari, laboratori mobili, macchine; analisi, individuazione, applicazione di soluzioni tecnologiche volte all’utilizzo razionale delle fonti di energia, all’efficienza e risparmio energetico.

Grazie alla specifica esperienza dei soci fondatori, a costanti rapporti con il mondo accademico, alla partecipazione ad eventi e convegni scientifici internazionali dedicati e ad un’intensa collaborazione con diversi aziende di fama internazionale, PROGEMEC ha raggiunto una profonda conoscenza dei processi di progettazione in ambito meccanico ed industriale.

Il team che sta lavorando sul progetto della stampante 3D per metalli è il personale del Dipartimento di Ricerca & Sviluppo della PROGEMEC SRL, da cui la tecnologia innovativa sta prendendo forma.

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