Accuratezza dimensionale , Risoluzione e stabilità

Al giorno d'oggi la produzione di componenti con tecnologia FDM non è utilizzata più solamente per modelli estetici ma sempre più per realizzare parti di macchine funzionanti. Questo comporta delle richieste sempre più stringenti sulle prestazioni e sulle caratteristiche dei pezzi, quali resistenza meccanica, chimica, tolleranze dimensionali e finiture superficiali.

Questi ultimi due parametri, data la particolare modalità produttiva, sono spesso confusi: andiamo quindi a definirli correttamente per un componente creato con tecnologia FDM

Risoluzione VS accuratezza

Come esempio prendiamo i due righelli in figura 1, entrambi con fondo scala a 12 pollici.

Notiamo subito che il primo righello ha delle tacche ogni quarto di pollice, mentre il secondo divide ogni pollice in 32 parti.
Ci verrebbe spontaneo affermare che il secondo righello è "migliore" in assoluto, ma se li confrontiamo con una misura esatta di 12 pollici ci accorgiamo che il primo misura correttamente la distanza, mentre il secondo, quello che a prima vista sembrava "migliore", è lungo solamente 11 pollici!
Definiamo quindi il primo righello accurato ma con bassa risoluzione, mentre il secondo avrà un'alta risoluzione ma è poco accurato: sono due grandezze indipendenti tra loro ed ognuna ha effetti diversi sulla qualità del prodotto finito.

Ora che abbiamo chiara la definizione, introduciamo un vincolo: nei sistemi di produzione FDM l'accuratezza è limitata, fortunatamente solo per componenti con dimensioni estremamente ridotte, dalla risoluzione della macchina. Non potremo quindi produrre componenti con dimensioni minori della risoluzione della macchina: in altre parole l'altezza minima dello strato limita inferiormente l'accuratezza del componente.

D'altro canto, per componenti di dimensioni comuni nell'industria, l'accuratezza dei componenti prodotti con tecnologia FDM è estremamente più elevata rispetto a sistemi concorrenti.

In Figura 2 compariamo lo stesso modello prodotto con due tecnologie diverse: la parte in alto è stata prodotta con una stampante 3D ad altissima risoluzione (strati di altezza pari a 0.04 mm), mentre quello in basso con tecnologia FDM (strati di 0.25 mm). La risoluzione più alta della stampante 3D comporterà una migliore finitura superficiale, ma se andiamo ad analizzare lo spostamento dalla misura nominale ci accorgiamo che alcune parti distano ben 0.51 mm dalla misura nominale, contro gli 0.13 mm di scostamento massimo del componente prodotto con tecnologia FDM, che ha un'accuratezza decisamente migliore.

L'accuratezza dimensionale è comunque solo la prima di tre fattori fondamentali nella produzione di componenti industriali; andiamo velocemente ad analizzare gli altri due.

Ripetibilità

I risultati sopra citati devono essere stabili nella produzione industriale, che richiede un'altissima ripetibilità, intesa come risultati di accuratezza stabili e costanti dei componenti. Abbiamo quindi tre principali casistiche da analizzare:

- ripetibilità da pezzo a pezzo all'interno di un lotto

- ripetibilità da lotto a lotto sulla stessa macchina

- ripetibilità da lotti diversi su macchine diverse.

Nel caso della tecnologia FDM, ovviamente con macchine professionali sotto il controllo di personale qualificato, i risultati sono estremamente soddisfacenti, con il 99,5% delle dimensioni che rispettano un'accuratezza di +/- 0.13mm.

Stabilità dimensionale

L'ultima parte da prendere in considerazione in caso di produzione industriale è la stabilità dimensionale nel tempo. Alcuni materiali, come i fotopolimeri usati in altre tecnologie di prototipazione rapida, tendono a variare le proprie caratteristiche dimensionali e meccaniche sin dal momento in cui escono dalla macchina: vediamo in figura 3 due componenti con risoluzione altissima e ottima finitura superficiale che, per effetto del warping (deformazione torsionale), non riescono però a mantenere le tolleranze desiderate.

Al contrario le materie termoplastiche utilizzate comunemente dai sistemi produttivi FDM hanno una stabilità tale che, senza particolari precauzioni, mantengono intatte le caratteristiche geometriche e meccaniche per anni.

Figura 3