Velocità e accelerazioni nella stampa 3D

La corretta configurazione dei parametri di velocità e accelerazione è fondamentale. La velocità massima di stampa è solitamente limitata efficacemente dal flusso volumetrico massimo che l'hotend può fornire, mentre non c'è un limite esatto alla velocità di movimento della testa, ma velocità e accelerazioni più elevate tendono a diminuire la qualità di stampa.

Parametri di velocità e accelerazione

I movimenti rettilinei sugli assi consistono in tre fasi:

• Accelerazione dalla velocità di cambiamento direzione alla velocità massima.

• Spostamento alla velocità massima costante

• Decelerazione alla velocità di cambiamento direzione.

Per questo ci sono tre parametri che definiscono velocità e accelerazioni nel movimento di una stampante 3D FFF per ciascuno dei 4 assi (X, Y, Z, E). Questi parametri sono velocità massima, accelerazione e velocità di cambio di direzione (scatto).

Velocità massima: Velocità massima a cui la testa può muoversi su ciascun asse. Generalmente configurato nel slicer e può essere diverso per ciascun elemento della parte.

Velocità di cambio direzione: Solitamente configurata direttamente nel firmware e solitamente costante per ciascun asse. È la velocità massima consentita prima di un cambio di direzione.

Accelerazione: È il valore di accelerazione applicato per passare dalla velocità di cambio direzione alla velocità massima e viceversa. Generalmente configurato nel firmware e solitamente costante per ciascun asse.

Anche se generalmente si ritiene che la velocità di stampa influisca sulla qualità del pezzo, i parametri che hanno il maggiore impatto in questo senso sono accelerazione e velocità di cambio direzione, poiché elevate decelerazioni e velocità di cambio direzione trasmettono più rapidamente l'energia della testa alla struttura della stampante, causando vibrazioni e possibili perdite di passi del motore.

Ciò non significa che la velocità di stampa stessa non abbia un impatto. Maggiore è la velocità, maggiore è il momento lineare della testa e quindi maggiore sarà l'energia dissipata in decelerazione e cambio di direzione, quindi alte velocità di stampa influenzeranno anche la qualità di stampa.

Configurazione della velocità

Generalmente, i produttori di solito includono configurazioni corrette di accelerazione e velocità di cambio direzione nel firmware dei loro dispositivi, quindi non è consigliabile modificarli. La configurazione più comune si basa sull'adattamento della velocità di stampa nel software di slicing.

Attualmente, la maggior parte del software di slicing consente di modificare il valore di velocità per le diverse parti del pezzo. Questo è un vantaggio importante nell'ottimizzazione dei tempi di stampa, poiché non tutte le aree del pezzo richiedono la stessa qualità di stampa. Gli elementi più comuni su cui è possibile modificare la velocità di stampa sono:

• Perimetri: Grandi difetti nei perimetri interni possono riflettersi sulla superficie del pezzo. Per questo motivo di solito si utilizzano valori intermedi rispetto a quelli utilizzati nei perimetri esterni e nel riempimento.

• Perimetri esterni: Insieme al primo e all'ultimo strato, è la parte visibile del pezzo. Si consiglia di utilizzare velocità medie o basse per garantire una buona finitura. In genere, la velocità di stampa viene ridotta tra il 25% e il 50%.

• Riempimento: Di solito si utilizza la velocità massima poiché i difetti o le vibrazioni che si verificano in questa area di solito non sono visibili all'esterno del pezzo. Quando si utilizzano velocità di riempimento molto elevate, si consiglia di utilizzare valori di sovrapposizione di riempimento bassi (10% - 15%).

• Riempimento solido: Come nel caso del riempimento, è comune utilizzare la velocità massima poiché i difetti di solito non influenzano la qualità del pezzo.

• Primo strato: Per garantire un'ottima adesione al piano di stampa, di solito si utilizzano velocità molto basse per il primo strato. È più comune non superare i 20 mm/s.

• Ultimo strato: Come nel caso dei perimetri esterni, di solito si utilizzano velocità con una riduzione tra il 25% e il 50% per garantire una buona qualità.

• Materiale di supporto: La velocità dipende in gran parte dal fatto che venga utilizzato materiale solubile o se i supporti sono realizzati dello stesso materiale del pezzo. Di solito si utilizzano velocità leggermente più basse sui supporti, poiché la loro bassa densità comporta il rischio di fallimento. I materiali solubili di solito richiedono velocità più basse a causa della loro bassa adesione.

• Ponti: Per migliorare la qualità delle sbalzi nei ponti, di solito vengono selezionate alte velocità. I valori comuni sono 110% o 120%.

Sotto sono riportati alcuni valori sicuri per stampanti con teste leggere e pesanti.

A seconda di quanto stabile sia la struttura della stampante 3D, è possibile utilizzare velocità più elevate.

Limitazioni basate sulla dimensione e sulla geometria del pezzo

È possibile che con alcuni pezzi non sia possibile utilizzare la velocità massima. Questo perché nei percorsi brevi potrebbe essere necessario iniziare a decelerare prima di raggiungere la velocità massima. Questo si verifica principalmente nelle configurazioni con valori di accelerazione molto bassi e piccoli pezzi con geometrie complesse. In generale, in questi casi, c'è una discrepanza significativa tra il tempo di stampa stimato dal software di slicing e il tempo di stampa effettivo.

Immagine 1: Profili di accelerazione, velocità costante e decelerazione per spostamenti brevi e lunghi. Fonte: Filament2print.com

Problemi derivanti da un cattivo aggiustamento di velocità o accelerazioni

In generale, le basse velocità di solito non comportano problemi, oltre a tempi di stampa eccessivamente lunghi. Solo quando le velocità sono eccessivamente basse (5-10 mm/s) possono verificarsi problemi di estrusione inconsistente a causa della bassa velocità del motore dell'estrusore, incapace di fornire un flusso costante. Questo problema non si verifica negli estrusori che incorporano riduttori.

Tuttavia, spesso le alte velocità sono la causa di problemi:

• Vibrazioni: Uno dei problemi più comuni è l'apparizione di vibrazioni. Queste vibrazioni si riflettono solitamente in pattern a onde sulla superficie del pezzo, generalmente intorno ai bordi.

Immagine 2: Modello sulla superficie di un pezzo causato da vibrazioni nella stampante. Fonte: Simplify3D.com

• Perdita di passi del motore: La combinazione di alte velocità, insieme a motori alimentati da correnti basse, può causare perdite di passi del motore che si riflettono in errori dimensionali del pezzo o spostamenti del layer.

Immagine 3: Pezzo con spostamento del layer. Fonte: Zortrax.com

• Separazione del pezzo dalla base: Le alte velocità sono anche una delle cause comuni della separazione del pezzo o dei supporti dalla base. Questo può essere dovuto a vibrazioni, attrito della punta con il pezzo o a una combinazione di entrambi.

• Unione del riempimento e dei perimetri e chiusura del perimetro: Alte velocità di stampa o di cambio direzione possono causare una scarsa adesione tra il riempimento e i perimetri o impedire la chiusura corretta del perimetro producendo una scarsa adesione delle sezioni finali della linea. Questo fenomeno si verifica più comunemente nel primo strato.

Nota: Questa guida discute concetti in modo generale senza concentrarsi su una marca o modello specifico, anche se potrebbero essere menzionati in qualche punto. Potrebbero esserci differenze significative nei procedimenti di calibrazione o di regolazione tra marche e modelli diversi, quindi è consigliabile consultare il manuale del produttore prima di leggere questa guida.