Come stampare in 3D con più colori o materiali utilizzando un solo estrusore?

Molti utenti di stampanti 3D con tecnologia FDM si sono posti questa domanda prima o poi.

La maggior parte delle stampanti 3D FDM da tavolo ha un solo estrusore, quindi l'utente "perde" l'opzione di combinare più filamenti; ad esempio, quando si stampano pezzi complessi utilizzando un filamento strutturale e un filamento di supporto, o nel caso in cui il pezzo richieda l'integrazione di più colori.

Immagine 1: Vaso stampato in 3D con filamenti Fillamentum e Mosaic Palette. Fonte: Fillamentum.

Per risolvere questo problema, esistono diverse soluzioni a seconda delle esigenze dell'utente e della complessità del pezzo. In questo articolo ne spiegheremo due:

• Utilizzando un software slicer.
• Utilizzando un dispositivo esterno.

Utilizzando un software slicer

Il metodo più semplice consiste nell'utilizzare un software slicer per generare file .gcode pronti per consentire all'utente di cambiare il filamento della stampante al momento opportuno. In questo modo sarà possibile stampare pezzi con diversi colori o materiali.

In questo caso, la stampa con diversi colori sarà limitata a strati completi. Ciò significa che ogni singolo strato sarà di un solo colore (non ci saranno due colori per strato). È molto importante tenere presente queste limitazioni durante la progettazione del pezzo.

Per utilizzare questo metodo, si consiglia di utilizzare Ultimaker Cura, uno dei software slicer più popolari al giorno d'oggi; tuttavia, è possibile eseguire il processo con altri software slicer senza problemi.

1. Per iniziare, è necessario importare il design scelto in Ultimaker Cura.
2. Una volta aperto, è necessario regolare i parametri in base al materiale che si utilizzerà per stampare il pezzo.
3. In questo punto, è necessario decidere a quale altezza o a quale strato si desidera cambiare colore/materiale.
4. Una volta ottenute queste informazioni, è necessario accedere a Estensioni > Post Processing > Modifica Gcode e premere Aggiungi sequenza di comandi > Pause at height.
5. Nella finestra pop-up, è possibile scegliere la pausa per strato (layer) o per millimetri (height). A seconda del design scelto, potrebbe essere più comodo utilizzare un comando o l'altro. In ogni caso, il numero inserito nella casella corrisponderà allo strato o all'altezza in cui si desidera effettuare il cambio di filamento.
   
   Il termine Park Print Head X/Y si riferisce alle coordinate a cui la testina di stampa dovrà spostarsi al momento della pausa. Si consiglia di utilizzare le coordinate 0/0 (Home) per facilitare il cambio di filamento.
   
   Inoltre, è necessario configurare i parametri di ritrazione (retraction), velocità di ritrazione (retraction speed) e quantità di estrusione (Extrude Amount). I primi due dipenderanno dal materiale utilizzato, mentre per l'ultimo si consiglia di impostare circa 5 cm, che corrisponderanno alla quantità di filamento che verrà estrusa dopo il cambio di filamento, prima di riprendere la stampa.

Immagine 2: Interfaccia di Cura. Fonte: Ultimaker Cura.

Questo metodo non sarebbe fattibile per stampare un pezzo complesso che richiede un materiale di supporto (ad esempio, ABS + PVA). Nel caso in cui si desideri utilizzare materiali diversi, è necessario considerare il livello di adesione tra di essi. Se l'adesione non è sufficiente, il pezzo si separerà prima o poi negli strati di giunzione tra i materiali.

Utilizzando un dispositivo esterno

Il metodo del software slicer presenta alcune limitazioni e richiede la partecipazione dell'utente durante il processo di stampa per il cambio del materiale; in altre parole, non è un processo automatico.

Per risolvere questa problematica, l'azienda Mosaic Manufacturing ha sviluppato un dispositivo che consente di stampare con fino a 4 colori o materiali diversi: Mosaic Palette. In questo caso, è possibile includere fino a 4 colori o materiali diversi nello stesso strato.

Mosaic Palette funziona combinando fino a 8 filamenti in uno solo in modo continuo.

Per facilitare il funzionamento e l'usabilità di Mosaic Palette 3 e Mosaic Palette 3 Pro, Mosaic Manufacturing ha sviluppato un proprio software slicer: Canvas.

Importando un design in Canvas, è possibile individuare e distinguere facilmente le aree con colori/materiali diversi in modo semplice e intuitivo, come se si stesse colorando. In questo software, è anche possibile creare i profili dei diversi materiali che si desidera utilizzare.

Mosaic Palette 3 e Mosaic Palette 3 Pro riconoscono e calcolano la quantità di ogni filamento di ogni colore/materiale che deve essere utilizzato in ogni strato.

Come funziona?

Per eseguire il processo di stampa, Mosaic Palette 3 dispone di quattro ingressi di filamento e Mosaic Palette 3 Pro dispone di otto ingressi di filamento (ciascuno con il proprio estrusore e sensore per il filamento).

Una volta che il filamento viene inserito in ciascun estrusore, viene indirizzato al sistema di taglio, che è composto da un taglierino rotativo che seziona il filamento nella lunghezza esatta richiesta dal programma di slicer Canvas.

Dopo aver sezionato il filamento, il materiale viene unito a quello successivo grazie al Splice Core, una resistenza che unisce i materiali.

Immagine 3: Unione tra due filamenti. Fonte: Mosaic.

Una volta che i pezzi di filamento sono uniti, passano attraverso una zona di raffreddamento e attraversano la Scroll Wheel, una ruota di regolazione che assicura un diametro corretto lungo tutto il filamento.

Quali materiali possono essere utilizzati?

Mosaic Palette 3 e Mosaic Palette 3 Pro possono utilizzare lo stesso materiale in fino a 8 colori diversi, ma supportano anche diverse combinazioni di materiali.
Nella tabella seguente sono riportate alcune delle possibili combinazioni di materiali, così come il grado di difficoltà che comportano. In alcuni casi viene indicato che la combinazione di materiali è "Sperimentale"; ciò significa che non sempre può essere eseguita con successo, ma che ci sono utenti che hanno stampato progetti con tali materiali in modo efficace.

Inoltre, Mosaic mette a disposizione dell'utente una vasta quantità di informazioni e risorse nella sezione di supporto del loro sito web.

Tra le risorse disponibili, è possibile trovare configurazioni consigliate per l'unione tra filamenti di materiali diversi, tabelle complete di compatibilità dei materiali o la risoluzione dei problemi più comuni.

È sempre importante tenere presente che la configurazione di stampa ottimale è diversa per ogni stampante, quindi i valori condivisi da Mosaic sono solo indicativi. Se si dispone di una buona configurazione di stampa per un determinato materiale, si consiglia di utilizzare questa configurazione quando si combinano filamenti di questo materiale.

Inoltre, Mosaic Palette dispone di uno spazio sulla piattaforma Thingiverse, dove periodicamente vengono caricati progetti adattati per l'uso di vari colori/materiali con Mosaic Palette.

Immagine 4: Design disponibile per il download gratuito. Fonte: Thingiverse.

Sia per i risultati finali che per il servizio e le risorse gratuite offerte, Mosaic Palette 3 e Mosaic Palette 3 Pro rappresentano un'opzione più che interessante per gli utenti che desiderano stampare con vari colori o sperimentare la stampa 3D con vari materiali sulle loro stampanti 3D FDM a singolo estrusore.