costruire stampante 3d

Costruire stampante 3D: la guida aggiornata definitiva

Costruire una stampante 3D non è affatto facile, visto la grande quantità di componenti interna che la compongono. E’ necessario infatti avere tutti gli utensili necessari, le varie parti e soprattutto molto tempo e pazienza.

Nell’ultimo decennio la tecnologia ha fatto enormi passi da gigante, e con ciò ha avuto grandi miglioramenti anche il settore della stampa. Nello specifico, si è diffusa sempre più la stampa 3D, con la quale si intende la realizzazione di oggetti tridimensionali mediante produzione additiva, partendo da un modello 3D digitale.

Essa è diventata di grande importanza non solo come hobby e passione personale, ma anche per settori lavorativi molto tecnici, come parti di aeroplani, edifici eco-compatibili, dispositivi medici salvavita e persino organi artificiali creati utilizzando strati di cellule di origine umana.

Ovviamente, è necessario possedere una buona stampante tridimensionale per svolgere questi lavori, e sicuramente non avrà un prezzo molto economico, motivo per cui sempre più persone decidono di costruire stampante 3D fai da te.

Costruisci la tua stampante 3D a partire da zero, spiegando nel dettaglio tutti i vari passaggi principali e gli accessori che sarà necessario avere obbligatoriamente, per l’esito positivo di questo lavoro.

Indice

Il progetto RepRap

Prima di iniziare a costruire una stampante, è importante farsi alcune domande, nello specifico quale tipologia di stampante 3D è maggiormente utile al proprio caso, dove trovare le parti necessarie per la costruzione ed il progetto che più si addice economicamente al proprio budget posto.

Dopo aver considerato questi aspetti di grande importanza, è possibile informarsi sul modello scelto ed eseguire gli acquisti degli accessori necessari.

Quando parliamo di stampanti 3D da montare non possiamo non parlare del progetto RepRap (prototipatore rapido replicante), la tipologia di dispositivi più diffusi ed utilizzati.

progetto reprap
Il progetto RepRap

Di cosa si tratta?

Nel complesso, consiste in una normale stampante collegata ad un computer che, anziché spruzzare inchiostro su fogli di carta per scrivere testi e disegnare immagini, spruzza plastica per produrre oggetti tridimensionali, reali e solidi.

Si tratta di un modello di stampante 3D ad estrusione. La materia utilizzata per la produzione di forme tridimensionali viene presa da un polimero in forma di filamento, immagazzinato in vari rocchetti. Da questi, durante la stampa, il filamento viene gradualmente srotolato e inserito nell’estrusore, e, dopo esser passato nell’ugello, permette la fuoriuscita del materiale fuso, che si raffredda rapidamente, e quindi porta alla formazione dell’oggetto tridimensionale desiderato.

autori progetto reprap
Autori progetto reprap

Cenni storici

Il Progetto RepRap è nato nel 2005 dal dottor Adrian Bowyer, esperto di ingegneria meccanica. Il suo obiettivo era quello di creare delle apposite stampanti 3D per replicare e creare ulteriori modelli, una vera e propria capacità di autoreplicazione. Tale funzionamento permetteva ai cittadini ed ai privati di evitare ogni volta di rivolgersi ad apposite aziende, con grande dispendio economico.

Nel 2007 venne rilasciata la prima stampante di questo tipo, chiamata Darwin, e nel 2009 la seconda, Mendel. Dopo ulteriori miglioramenti alla struttura stampante 3d ed alla funzionalità specifica, ad Agosto 2010 venne ufficializzata la terza generazione di stampante 3D autoreplicante, Huxley.

Costruire stampante 3D: attrezzatura necessaria

Oltre a delle conoscenze preliminari che bisogna avere, ed una certa manualità nel fai da te, è importante avere a disposizione tutta l’attrezzatura necessaria per iniziare il montaggio e la creazione di una stampante 3D.

Come costruire una stampante 3d? Che strumenti ci servono? Sicuramente, nel nostro kit stampante 3d fai da te, sarà di grande importanza avere dei cacciaviti, di varie dimensioni e tipologie, a stella ed a croce, per l’avvitamento delle numerose viti presenti all’interno di una stampante 3D. 

Una torcia o piccola lampadina sarà necessaria quando bisogna costruire le parti interne e pertanto può mancare della chiara visibilità luminosa. Da non sottovalutare l’importanza di un livello, che servirà per vedere se il piano stampa sarà stato montato correttamente o con dislivello, portando a evidenti difetti di stampa degli oggetti.

Altri oggetti che comunque possono essere necessari all’interno di un lavoro fai da te per costruire una stampante 3D sono un martello, un metro e delle squadre, delle pinze, una chiave a pappagallo, un set di brugole, un seghetto, dei pennelli e dei guanti.

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Lista componenti

Visto la grande complessità di una stampante 3D e del processo che porta poi alla creazione dell’oggetto tridimensionale, è normale che nella progettazione e montaggio da zero di un dispositivo di questo genere rientrano una lista molto vasta di componenti essenziali per la corretta riuscita del lavoro. 

Che sia costruire prusa i3 o un altro modello, beh ecco le parti principali:

Parti stampabili

Sono degli elementi fondamentali di ogni stampante 3D, generalmente fatte di plastica e prodotte da ulteriori modelli di questo genere. Sono composte come materiali da ABS e PETG. 

Parti in ABS permette lavori più dettagliati e all’avanguardia, ma richiede grande esperienza e praticità, mentre con il PETG permette di stampare in modo molto più semplice ed alla portata di tutti. 

Le parti stampabili si dividono in quelle necessarie ed obbligatorie, quelle modificate e quelle opzionali, ma comunque fondamentali per il corretto funzionamento e montaggio della stampante 3D.

prusa i3 parti stampabili
Prusa i3 parti stampabili

Viti e bulloni

Ovviamente, sono elementi fondamentali per la costruzione del dispositivo ed in generale per tutti i prodotti elettronici. E’ consigliato, per sicurezza, di comprare un quantitativo molto elevato di viti e bullone, oltre ad un numero leggermente superiore a quanto previsto per le rondelle. 

Quest’ultime dovranno essere M3, con foro da 3mm, e DIN125, con diametro di 9 mm. Per quanto riguarda le viti, dovranno tutte avere teste a brugola e possibilmente avere a disposizione tre viti a U, che sono utili per i 3 cuscinetti lineari.

costruire stampante 3d viti e bulloni
Viti e bulloni
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Assi e componenti metalliche

Per quanto riguarda gli assi stampante 3d, sono aspetti fondamentali da tenere in considerazione per la creazione di una stampante 3D. Essi si dividono in Y, per il movimento del letto di stampa, X per il movimento del carrello di stampa con estrusore stampante 3d fai da te e Z per il movimento verticale del carrello di stampa. Questi assi nel complesso permettono il normale funzionamento di questi modelli di stampanti.

Altre componenti metalliche, oltre quelle finora sopracitate, sono le barre filettate, acquistabili senza problemi in ferramenta, le barre ratificate e ed i cuscinetti a sfera. Quest’ultimi sono più specifici e pertanto difficili da trovare in una semplice ferramenta. Il consiglio è di acquistarli su appositi siti di retail online.

barre filettate
Barre filettate
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Cuscinetti e parti meccaniche

I cuscinetti sono elementi fondamentali per il montaggio ed il corretto processo di stampa tridimensionale. Esistono vari modelli, ma sicuramente quelli più consigliati sono quelli a sfera. Questi sono adatti sia per movimenti radiali che assiali a velocità elevate. 

A causa della schermatura del cuscinetto, entrambe le palle e la lubrificazione sono ben contenute migliorando la durata della vita di essi. Inoltre, i cuscinetti a sfera hanno una flangia, rendendolo ancora più adatto per applicazioni a cinghia di tempi. 

Altre parti meccaniche necessarie per il funzionamento della stampante 3D sono le cinghie, per i movimenti degli assi X e Y e le pulegge, sia quelle con foro da 3 mm lisce, sia quelle dentate con foro da 5 mm. 

E’ possibile trovare online dei kit stampante 3D completi di tutti gli accessori e parti sopraelencate, permettendo un notevole risparmio economico e di tempo. Per esempio, il reprap kit conterrà tutto il necessario per costruire una stampante 3D di questo genere fai da te.

costruire stampante 3d cinghie
Dettaglio cinghie
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Elettronica

Anche nelle stampanti 3d fai da te le componenti elettriche giocano anch’esse un ruolo fondamentale nel montaggio e nel funzionamento del dispositivo. 

Nella tipologia 3d printer diy generalmente si usano il modulo kit stampante 3d arduino MEGA 2560, acquistabile su Internet (possibilmente da siti affidabili), il RAMPS 4.1, una scheda che si aggancia sopra il motore, uno Stepper driver POLOLU, un display LCD con encoder selettore rotativo, per facilitare e rendere più intuitivo l’utilizzo, ed infine ovviamente un alimentatore da attaccare alla corrente. 

Generalmente, nel costruire stampante 3d arduino esso può essere di 12V 30A o anche di 20A.

Grazie alla versatilità di questa scheda, costruire stampante 3d con arduino sarà semplice, veloce con l’affidabilità di una comunity ricca e matura.

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Estrusore

Dopo aver discusso di arduino stampante 3d troviamo per ultimo, ma non per importanza, l’estrusore, il punto cardine che permetterà la fuoriuscita di materiale fuso che si raffredderà e porterà alla formazione del modello tridimensionale scelto. 

Per costruire estrusore stampante 3d è composto dalla parte di trascinamento del filamento plastico e dalla parte di fusione ed estrusione. Esistono varie tipologie di estrusore in base al funzionamento specifico della stampante 3D diy che si vuole ottenere: Jhead Full metal Hot End, E3D V6, MK2 ecc. 

Nel complesso è un componente di estrema importanza e pertanto andrà posizionato con grande attenzione e scrupolosità, essenziale per il corretto stampante 3d funzionamento.

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Montaggio parti meccaniche

Passiamo ora a vedere più nel dettaglio come montare i vari componenti che abbiamo citato in precedenza. E’ bene ribadire che si tratta di operazioni non per tutti, pertanto bisognerà avere praticità, molta pazienza e tutta l’attrezzatura specificata a portata di mano. Vediamo stampante 3d cosa fare:

Telaio e carrello

Un ottimo modo per fare il telaio della propria stampante 3D è quello di utilizzare del legno, magari qualche avanzo che già si ha. E’ consigliato un compensato lamellare da 20‐25mm di spessore. Per il carrello, si può usare dell’MDF spesso 10mm. 

E’ importante che nel kit costruzione stampante 3d, le dimensioni per il carrello siano di almeno 225mmx225mm, le dimensioni minime. Durante questa fase, è importante vedere se il foglio A4 si posiziona correttamente sul telaio in legno, in quanto un problema di questo pregiudica tutto il lavoro svolto finora. Le squadrette ed il livello sono utili proprio per questi passaggi specifici.

costruire stampante 3d - telaio
Telaio e carrello in legno

Montaggio assi xyz

Inizialmente andrà fissata per prima l’asse Y sul telaio meccanico, e da qui posizionare l’ugello di estrusione per ottenere un’area di stampa XY di almeno 200×200 mm. Dopo aver montato l’asse Y, è importante controllare con accuratezza se i lati siano perpendicolari, se i quattro piedini appositi toccano sul piano ed il corretto tensionamento della cinta. 

Se tutto è positivo, si può passare al montaggio degli assi X e Z, che verranno assembrati insieme. Si tratta di una procedura abbastanza facile e che richiede l’utilizzo di appositi bulloni e giunti. Dopo aver eseguito il montaggio, è importante controllare la flessibilità dei giunti, il corretto e preciso accoppiamento degli assi X e Z ed il giusto posizionamento di viti e tensione della cinghia sull’asse Z.

costruire stampante 3d assi xyz
Assi XYZ

Montaggio estrusore

L’ultima parte da montare appunto è l’estrusore. Esso si compone di due parti: l’estrusore in sé, costituito da un motore con ruota dentata e l’Hot-end, dove il filamento viene sciolto e va nell’ugello. 

Ci sono due modalità principali per montare correttamente un estrusore, ovvero direttamente o Bowden. In quest’ultima tecnica, la più utilizzata nel montaggio di stampanti 3D, la parte calda e la parte fredda non sono unite ma collegate da un tubicino in PTFE in cui scorre il filamento. Ciò permette di alleggerire l’Asse X e lavorare così con maggiore ritmo e velocità.

montaggio estrusore
montaggio estrusore

Montaggio parti elettroniche

Passiamo ora al montaggio delle parti elettroniche, molto importante nel processo di costruzione della stampante 3D.

Scheda controllo

Andrà montata dietro la colonna sinistra del telaio e può essere inizialmente fissata con delle semplici fascette da elettricista. 

Come già detto, la scheda di controllo si compone di varie componenti, quindi è importante fare molto attenzione a non danneggiarle per non compromettere stampanti 3d funzionamento.

scheda controllo
Scheda controllo
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Scheda motori

I motori, molto importanti per il funzionamento delle stampanti 3D, sono di tipo passo-passo o motori stepper. Quest’ultimo è quello più diffuso, che permette di effettuare lavori con maggiore risoluzione e precisione. 

Per un ottimale montaggio, è necessario tutti i 3 jumper nei rispettivi connettori di ogni singolo motore, quindi per un totale di 12. E’ molto importante posizionarli correttamente e pertanto è consigliato fare tale operazione dopo il cablaggio.

scheda motori
Kit scheda motori
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Alimentazione

L’alimentatore viene posizionato dietro la colonna destra del telaio, in modo preciso e che permette il collegamento con la corrente elettrica a 230V. 

Per il collegamento alla corrente, si può utilizzare un tipico cavo con spina, o una presa femminile con fusibile ed interruttore.

alimentazione stampante
Alimentatore stampante
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Cablaggio

Per quanto riguarda i cablaggi, sia elettrici sia del motore, è necessario svolgerlo sin da subito, per permettere poi il montaggio delle schede ed il collegamento con il RAMPS. 

I componenti devono avere un connettore femminile di tipo “dupont”, che verranno collegati poi ad appositi morsetti. Se non si hanno questi connettori in casa, è possibile comprarli su Internet in negozi specializzati.

costruire stampante 3d - cablaggio
Esempio di cablaggio
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Ventole e display con lettore SD

Nel RAMPS, nella morsettiera D9, andrà collegata la la ventola che permette la ventilazione della stampante 3D. Generalmente si monta anteriormente all’estrusore in modo da raffreddare, e quindi solidificare, rapidamente lo strato di materiale. Per il corretto funzionamento, è ovviamente importante montare la ventola con la giusta polarità.

Infine, un ulteriore accessorio, che è opzionale ma consigliato, è montare un display LCD con lettore SD integrato. Con esso sarà possibile effettuare stampe scelte senza dover necessariamente collegare il dispositivo al computer, in quanto il progetto da stampare tridimensionalmente sarà nella SD. 

Questo funzionale display si compone di due connettori, ed andrà poi collegato alla RAMPS attraverso un accessorio che è incluso nell’acquisto del prodotto.

costruire stampante 3d - display
Display e connettori
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Firmware, configurazione e compilazione

Dopo aver montato tutti i componenti hardware ed elettronici, si può passare alla configurazione ottimale del firmware per la nostra diy 3D printer, che si occupa nel gestire nel complesso la stampante. I due software necessari per fare ciò sono MARLIN firmware, da caricare sulla scheda Arduino, e Arduino IDE, per programmarla.

Anche qui, come vedete, costruire una stampante 3d arduino è la soluzione più rapida e sicura.

Dopo aver svolto tutti i vari passaggi specifici, ed anche un po’ complessi, si può effettuare una taratura finale ed una prova di stampa per vedere se la compilazione e configurazione è stata corretta o bisogna apportare delle modifiche.

configurazione firmware
Configurazione firmware

Impostazioni area di stampa, calibrazione e collaudo

Infine, per il corretto processo di stampa, è importante effettuare una calibrazione completa della stampante ed impostare le sue proprietà, come la velocità di stampa, la risoluzione specifica che si vuole ottenere e molto altro. 

E’ importante effettuare collaudi periodici, per verificare il corretto funzionamento nel tempo della stampante 3D e se è necessario eventualmente operare delle manutenzioni. Sono numerosi infatti i problemi tecnici che possono accadere in questo particolare processo di stampa e che richiedono particolari interventi, tipici di un progetto stampante 3d arduino.

Riepilogo

La stampante 3D è molto complessa dal punto di vista hardware. La costruzione stampante 3d è una cosa seria ed in primo luogo, sarà necessario avere tutti gli attrezzi ed accessori che serviranno, di ottima fattura ed originali, per assicurare una qualità di stampa notevole e completare il processo per autocostruire stampante 3d. 

Andrà poi montato il tutto, prima il telaio in legno e poi le varie componenti hardware ed infine elettriche. Come ultimo passaggio, ma comunque di grande importanza, è la calibrazione e le modifiche dal punto di vista del firmware e del software, per essere così pronti a fare numerose stampe tridimensionali.

Conclusione

Abbiamo visto in linee generali come fare a creare stampante 3d in modalità fai da te, un oggetto sempre più utilizzato in tantissimi settori e non solo come hobby. Una stampante 3d da montare richiede molto tempo e pazienza, qualsiasi sia la dimensione (piccola o stampante 3d gigante), un’attrezzatura variegata e completa.

A corredo, l’acquisto dei più svariati componenti (stampante 3d arduino kit), sia metallici sia elettronici, e come sia complesso montarli ognuno, motivo per cui bisogna dedicare notevole tempo e concentrazione mentale, per non commettere errori che pregiudicheranno l’esito finale.

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2 risposte

  1. Buongiorno. Il modello ti telaio e carrello in legno presente in foto….dove è possibile trovarlo da realizzare? Grazie

    1. Ciao Alessandro, grazie per la domanda.
      L’immagine è puramente indicativa; le parti in legno sono fatte artigianalmente.
      Basta cercare su internet “reprap frame blueprints” troverai moltissime foto o pdf da stampare.

      Le blueprints sono i progetti con le misure originali dei vari componenti. Ottenute tutte le parti,
      dalle ad un tuo artigiano di fiducia o tu stesso se hai capacità di lavorare parti in legno.

      Spero di esserti stato d’aiuto 🙂

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