Come si verifica il warping nella stampa 3D e come evitarlo?

Chi usa la stampa 3D probabilmente ha già incontrato problemi come il ghosting o lo stringing. Un altro fenomeno spiacevole che si incontra utilizzando le stampanti 3D FDM è il warping. Il warping è una deformazione o curvatura dell’oggetto stampato in 3D che si verifica principalmente nei primi strati che aderiscono al piano di stampa. La curvatura verso l’alto dei singoli strati può essere così forte che durante la stampa il modello si stacca dal piano e quindi l’intero processo di stampa 3D fallisce. Ma perché si verifica questo spiacevole fenomeno durante la stampa 3D e come si può evitare?

Innanzitutto il warping è legato alla gestione della temperatura. Il warping infatti può verificarsi su qualsiasi pezzo, ma soprattutto su quelli realizzati con ABS o HIPS, materiali che a temperature irregolari si deformano più facilmente rispetto ad altri. Anche i pezzi molto grandi o lunghi realizzati con questi materiali possono essere particolarmente a rischio, perché il controllo della temperatura può essere più difficile. Ciò è dovuto al fatto che questi materiali tendono a ritirarsi dopo il raffreddamento. Se, ad esempio, si utilizza l’ABS a una temperatura di stampa superiore a 200 °C e poi si lascia raffreddare il pezzo a temperatura ambiente, ci si può aspettare un restringimento di quasi l’1,5% o più, a seconda delle dimensioni. Poiché l’effetto warping inizia con i primi strati, continuerà per tutto il processo di stampa.

Crediti: Two Trees

Dal punto di vista fisico, quando il materiale viene riscaldato, le termoplastiche diventano liquide, ma allo stesso tempo si espandono. Quando poi si raffreddano di nuovo (ad esempio a temperatura ambiente), si contraggono di nuovo, il che significa che si verifica un movimento. È proprio questo movimento che causa il warping: lo strato già freddo si contrae e allo stesso tempo trascina con sé gli strati ancora caldi, provocando la deformazione del materiale.

Come si può prevenire il warping?

Come per molte altre problematiche che si incontrano nel corso della stampa 3D, come abbiamo visto, la corretta impostazione della temperatura è fondamentale. In questo caso, però, la temperatura non si riferisce solo a quella del filamento riscaldato, ma anche a quella di altri componenti: alcune stampanti 3D sono dotate di una camera di stampa riscaldata, che consente una migliore adesione, in modo che la parte stampata in 3D abbia meno possibilità di staccarsi e contrarsi. È anche una buona idea tenere d’occhio la temperatura della stanza. Come abbiamo detto in precedenza, un raffreddamento estremo a temperatura ambiente è un fattore che può portare alla deformazione della stampa 3D del pezzo. Pertanto, è importante tenere chiuse finestre e porte per evitare che una corrente d’aria diretta colpisca il modello stampato in 3D.

Per evitare il warping durante la stampa 3D FDM è necessario considerare anche la velocità di stampa. Abbiamo già visto che con il ghosting e lo stringing una soluzione per evitare questi problemi può essere una velocità di stampa inferiore. Questo vale anche per il warping. Inoltre, anche la temperatura dell’ugello dell’estrusore deve essere adattata di conseguenza.

A proposito di regolazioni, esistono diverse impostazioni che consentono agli utenti di verificare che l’ugello funzioni correttamente e che l’adesione del piano sia buona. In particolare attraverso l’aggiunta di raft, brim o skirt nello slicer. Ma quali sono le differenze tra queste tre impostazioni?
Un raft (in inglese “zattera”) consiste nel posizionare diversi strati successivi di materiale sul vassoio prima di iniziare la stampa vera e propria. Il pezzo verrà stampato su questa “zattera” che dovrà essere rimossa alla fine. Poiché il raft viene posizionato sotto il pezzo stesso, quest’ultimo sarà molto meno soggetto a deformazioni. Il brim (in inglese “orlo”), invece, consiste nel creare uno strato intorno all’oggetto stampato, una sorta di espansione dello strato iniziale della parte stampata in 3D. Questo strato è quindi molto più sottile e avrà meno influenza sull’adesione dell’oggetto finale al piano. Tuttavia, può essere un’ottima opzione perché necessita di meno materiale del raft e quindi si stampa più velocemente. Infine, la terza opzione è lo skirt (in inglese “gonna”): in questo caso, il modello viene circondato da una sagoma stampata in 3D. Ciò consente di calibrare l’ugello e di ventilare l’estrusore correttamente. Sta all’utente scegliere l’altezza dello skirt e la distanza tra esso e la parte da stampare.

Crediti: Simplify3D

Aderenza al piano di stampa

Se dopo aver provato le soluzioni precedenti per eliminare l’effetto warping non si riesce ancora a eliminare la deformazione del pezzo, ecco alcuni suggerimenti aggiuntivi. Come abbiamo accennato, l’adesione al piano di stampa è fondamentale. Si possono quindi usare anche adesivi o colle per garantire che la stampa non si deformi durante i primi strati. Ad esempio, è possibile usare stick di colla PVA appositamente progettati, da applicare in uno strato sottile e uniforme sul piatto di stampa. In alternativa, alcuni utenti si affidano alla lacca per capelli. In ogni caso, si consiglia di eseguire una prova di stampa 3D prima di utilizzare questi prodotti, per assicurarsi di non danneggiare il piano di stampa quando si cerca di rimuovere il pezzo. Inoltre, bisogna assicurarsi sempre che il vassoio sia ben pulito e privo di qualsiasi residuo della stampa precedente, poiché un vassoio sporco può anche causare la deformazione del materiale.

Infine, è importante controllare i parametri del piano di stampa: anche un piano mal livellato può causare deformazioni. Se si verificano ancora problemi, potrebbe essere il momento di provare un altro filamento. Altrimenti, nei casi più gravi, consigliamo di contattare il produttore della stampante 3D.

Si può prendere in considerazione l’uso della colla (crediti: Makerbot)

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*Crediti foto copertina: Makerbot