Regole di progettazione FDM per principianti della stampa 3D
Hai disegnato una parte in CAD in modo pulito, la stampa dura diverse ore – e al primo utilizzo, il supporto si rompe nel punto più sottile. Oppure la spina non entra nella presa, anche se le dimensioni dovrebbero "essenzialmente" corrispondere. Sentiamo questo tipo di feedback nell'officina di 33d.ch quasi ogni settimana – e sì, all'inizio ci succedeva esattamente la stessa cosa.
La causa raramente è solo la stampante, ma per lo più il design: pareti troppo sottili, sporgenze troppo ripide, orientamento sfavorevole nello spazio di stampa o tolleranze irrealistiche. La buona notizia: con alcune chiare regole di progettazione FDM, molti errori di stampa e rotture possono essere eliminati già in CAD.
Quelle: Rappresentazione propria
Ci concentriamo qui su stampanti FDM desktop tipiche con ugello da 0,4 mm e materiali come PLA o PETG – quindi esattamente la configurazione utilizzata da molti hobbisti, scuole e PMI in Svizzera. I numeri indicati sono volutamente conservativi e intesi come valori di partenza sicuri, che puoi verificare passo dopo passo sulla tua stampante.
Come "funziona" la stampa 3D FDM
Nel processo FDM/FFF, la tua parte viene costruita strato per strato da un filamento di plastica fuso. Sembra semplice, ma ha conseguenze dirette sulla progettazione:
- Le sporgenze devono appoggiarsi su materiale già stampato – prima o poi serve un supporto.
- I ponti possono essere stampati "in aria" solo per una certa distanza prima che cedano.
- Le parti sono anisotrope: solitamente più stabili lungo le traiettorie di stampa che tra gli strati.
Di default, molte stampanti FDM lavorano con un ugello da 0,4 mm. Come linea guida generale, lo spessore minimo della parete dovrebbe corrispondere almeno alla larghezza dell'ugello, meglio al doppio o triplo (≈0,8–1,2 mm). Le sporgenze possono spesso essere stampate fino a circa 45° rispetto alla verticale senza supporto; al di sopra, il rischio di bordi pendenti e superfici irregolari aumenta notevolmente.
Le più importanti regole di progettazione FDM per principianti
Nella pratica quotidiana, si è rivelato utile applicare costantemente alcune regole semplici. Con queste, le tue prime parti potrebbero non essere ancora perfettamente ottimizzate, ma funzioneranno in modo affidabile e non si romperanno al primo utilizzo.
Spessori delle pareti: pensare in larghezze di linea
L'errore di progettazione più comune sono le pareti troppo sottili. Nello slicer, il componente appare colorato e "a piena superficie", ma in realtà viene stampata solo una singola linea – e questa si rompe al primo urto o già durante la rimozione dal piano di stampa.
Per un ugello da 0,4 mm, le seguenti regole pratiche per principianti funzionano molto bene:
- parti puramente decorative e di copertura: almeno 0,8 mm (≈2 linee)
- componenti funzionali con carico leggero: 1,2–1,6 mm (3–4 linee)
- aree fortemente sollecitate, ad es. un supporto per vite o un supporto: meglio 2,0 mm e oltre nella direzione del carico
Quelle: Rappresentazione propria
La grafica riassume le tipiche regole di progettazione FDM per spessori delle pareti, sporgenze e ponti – ideale come promemoria accanto al CAD.
| Ugello | Spessore minimo robusto raccomandato |
|---|---|
| 0,4 mm | 0,8–1,2 mm |
| 0,6 mm | 1,2–1,8 mm |
| 0,8 mm | 1,6–2,4 mm |
Valori indicativi dalla pratica – si prega di verificare sempre con un semplice corpo di prova sulla propria stampante.
Decisive per la resistenza sono soprattutto le pareti esterne (perimetro). Quando in 33d.ch abbiamo bisogno di parti stabili, aumentiamo prima il numero di perimetri e solo dopo l'infill – questo corrisponde anche alle raccomandazioni di molti produttori di slicer e test della community.
Pianificare sporgenze, ponti e materiale di supporto in modo intelligente
Il materiale di supporto è pratico, ma costa tempo, materiale e spesso nervi per la rimozione. È meglio se il componente viene progettato in modo che sia necessario il minor supporto possibile.
Come semplice aiuto di progettazione, utilizziamo la regola dei 45°: le sporgenze più piatte di solito richiedono supporto, le aree più ripide sono autoportanti – a seconda del materiale, del raffreddamento e della stampante. Nella pratica, vale la pena provare geometrie critiche con un piccolo pezzo di prova prima che il componente grande vada in produzione.
| Funzionalità | Valore indicativo per configurazioni per principianti |
|---|---|
| Sporgenza | fino a circa 45° rispetto alla verticale stampabile per lo più senza supporto |
| Ponti | fino a circa 5-10 mm spesso pulito, oltre meglio testare o supportare |
| "Lingua" autoportante | evitare il più possibile – meglio collegare con smusso o raggio |
Valori indicativi per PLA/PETG con ventola ben regolata; altri materiali possono differire.
Consigli che si sono dimostrati validi nella nostra officina:
- Progettare spigoli interni con smussi a 45° piuttosto che con spigoli vivi a 90° sporgenti.
- Dividere grandi ritagli in modo che i ponti diventino più corti o scompaiano del tutto.
- Se un componente richiede molto supporto, spesso vale la pena dividerlo in due parti avvitate o incastrate.
Fori, accoppiamenti e giunzioni a scatto
Quasi chiunque progetta per la prima volta con FDM si imbatte in fori troppo piccoli. La stampante "tira" leggermente il materiale verso l'interno durante il percorso attorno ai raggi interni; inoltre, il restringimento del materiale e la calibrazione giocano un ruolo.
Pertanto, solitamente impostiamo i fori in CAD con 0,1-0,3 mm in più rispetto alla dimensione target e utilizziamo per importanti accoppiamenti la compensazione XY nello slicer o foriamo successivamente. Per le classiche viti M3, M4 e M5, sono emerse piccole barre di test con diverse dimensioni di foro come ineguagliabili foglietti di aiuto.
- per viti: pianificare un sovradimensionamento in CAD più eventualmente una leggera foratura
- per alberi o perni: determinare prima l'offset ideale con una semplice scheda di test
- agganci a scatto: meglio renderli un po' "più grassi" e limare materiale se necessario, piuttosto che progettare un gancio troppo sottile che si rompe immediatamente
Tolleranze nella pratica
Con le tipiche stampanti FDM desktop, le tolleranze realistiche si muovono nell'ordine di pochi decimi di millimetro. Nella nostra officina, i seguenti valori di riferimento si sono dimostrati validi:
- accoppiamento ad incastro ma non ondeggiante: 0,2–0,3 mm di gioco
- leggero accoppiamento a pressione (ad es. magneti): 0,1–0,2 mm di sottodimensionamento più post-lavorazione
- giunzioni a scatto: meglio svilupparle con pezzi di prova che solo calcolarle
Stabilità e orientamento: pensare come una stampante
Quelle: threedom.de
La panoramica mostra che ogni tecnologia di stampa 3D ha i propri limiti di progettazione. Per l'FDM, sono critici soprattutto gli spessori delle pareti, le sporgenze e l'orientamento nello spazio di stampa.
Orientamento nello spazio di stampa
Le parti FDM sono stabili in modo dipendente dalla direzione. Lungo le traiettorie e gli strati (in direzione XY) sopportano molto più che trasversalmente (in direzione Z). Nella pratica, te ne accorgi perché le parti si rompono spesso esattamente lungo le linee degli strati se sono state orientate in modo sfavorevole.
Per questo motivo, quando possibile, orientiamo supporti e clip che vengono sollecitati a trazione o flessione in modo che il carico scorra nella direzione delle traiettorie e le sezioni critiche non vengano stampate come sottili "scale" in Z.
- Stampare gli angoli a L preferibilmente appoggiati in piano, in modo che la piega sia composta da molti strati, piuttosto che in verticale con un'unica "linea di rottura".
- Ruotare gli agganci a scatto in modo che la base dell'aggancio scorra lungo le linee degli strati.
- Posizionare i fori lunghi in direzione delle traiettorie sotto carico di trazione, non trasversalmente.
Perimetro vs. Infill: da dove proviene veramente la resistenza
Molti principianti aumentano prima l'infill all'80% o 100% se un componente deve essere più stabile. Nella pratica, è molto più efficace regolare gli spessori delle pareti e i perimetri. Esperimenti e documentazioni dei produttori dimostrano continuamente che le pareti esterne forniscono la maggiore parte della resistenza del componente.
Come valori di partenza per PLA e PETG per componenti funzionali, il seguente set si è dimostrato valido:
| Uso | Perimetro | Infill |
|---|---|---|
| Alloggiamenti, coperture | 2 | 15–20 % |
| Componenti funzionali leggeri | 3 | 20–30 % |
| Parti soggette a carichi elevati | 3–4 | 30–40 % |
Valori indicativi per molte configurazioni standard; per parti di sicurezza, lavorare sempre con test di carico reali.
Quelle: biocraftlab.com
L'infill a nido d'ape o giroidale offre un buon equilibrio tra stabilità e consumo di materiale. Spesso un infill moderato è sufficiente se le pareti esterne sono dimensionate correttamente.
Valori di infill estremamente elevati raramente valgono la pena: la stampa dura molto più a lungo, aumenta il rischio di warping e il consumo di materiale esplode. Se una parte con il 40% di infill e 3-4 perimetri è ancora troppo debole, il design di base probabilmente non è corretto.
Errori tipici dei principianti dalla nostra officina
Vediamo regolarmente alcuni classici nei nuovi progetti dei clienti:
- Pareti con esattamente 0,4 mm con ugello da 0,4 mm – lo slicer spesso ne fa solo una linea.
- Spigoli interni con sporgenza a 90° disegnati direttamente "in aria".
- ponti lunghi e autoportanti di oltre 20-30 mm senza verificare se il profilo lo permette.
- Fori progettati esattamente con la dimensione nominale – la vite poi non ci entra.
- parti critiche posizionate in verticale perché occupano meno spazio sul piano.
Quando riceviamo tali parti, regoliamo prima gli spessori delle pareti, le sporgenze e l'orientamento – spesso senza cambiare molto l'aspetto. Già solo questo aumenta notevolmente la resistenza e la sicurezza di stampa.
Checklist: prima di esportare in STL
Prima di esportare il tuo modello come STL o di inviarlo a un fornitore di servizi di stampa 3D, vale la pena fare un breve controllo del design. Nella nostra officina, scorriamo mentalmente questi punti:
- Tutte le pareti portanti sono mantenute in multipli ragionevoli della larghezza dell'estrusione (ad es. 0,8–1,6 mm con 0,4 mm)?
- Ci sono sporgenze superiori a circa 45°, che puoi mitigare con smussi, raggi o una diversa suddivisione?
- I ponti sono più lunghi di circa 10 mm e possono essere accorciati tramite modifiche geometriche?
- I fori per viti, alberi o magneti sono dotati di un leggero sovradimensionamento o previsti per la post-lavorazione?
- L'orientamento del componente è scelto in modo tale che il carico principale scorra lungo le linee degli strati?
- Hai davvero bisogno dell'80-100% di infill – o più perimetri e un infill moderato sono sufficienti?
Chi è nuovo alla progettazione FDM, trae enormi benefici da alcuni semplici pezzi di prova: un calibro per spessori di parete, una barra con fori per viti comuni e una piccola piastra di prova per ponti/sporgenze. In 33d.ch documentiamo le nostre esperienze direttamente in ogni progetto cliente – i lavori successivi diventano così più veloci e riproducibili.
Buoni video per approfondire
Se preferisci guardare altri progettare, questi video (in inglese) ti aiuteranno per iniziare:
- Video consigliato: Design for Manufacturing: Polymer FDM – spiega overhang, spessori delle pareti e regole di progettazione in modo molto conciso.
- Video consigliato: 8 Essential Design Rules for Mass Production 3D Printing – mostra come progettare parti in modo che si stampino bene e si montino successivamente senza problemi.
Mini-conclusione: 5 cose da ricordare
- Pensare in larghezze di linea: pianificare le pareti in multipli della larghezza di estrusione, non "a caso".
- Considerare sporgenze, ponti e orientamento già in CAD – non correggerli solo nello slicer.
- La resistenza proviene principalmente dalle pareti esterne; aumentare l'infill solo moderatamente.
- Creare fori e accoppiamenti consapevolmente con sovra- o sottodimensionamento e validare con pezzi di prova.
- Documentare i propri valori di riferimento: una volta testati correttamente, molto meno sorprese sulla stampante.
Si abbina bene (idee per articoli interni)
Per l'ulteriore espansione del blog 33d.ch, i seguenti contributi si adattano all'argomento:
- Comprendere le tolleranze di stampa 3D
- Conservare correttamente il filamento
- Confronto dei materiali FDM: PLA, PETG, ABS
- Checklist per il primo incarico di stampa 3D
- Riconoscere e risolvere i tipici errori di stampa FDM