Progettazione, realizzazione e collaudo di un estrusore a caldo per una stampante 3D con la tecnica del Fused Deposition Modelling

Il lavoro è focalizzato sulla progettazione, assemblaggio e collaudo di un nuovo e diverso sistema di deposizione di materiale per un sistema desktop di prototipazione rapida, conosciuto come FAB@HOME, in uso nei laboratori del Dipartimento di meccanica e gestionale del POLITECNICO di BARI. La macchina in oggetto fa parte di un progetto di ampio respiro internazionale a cui partecipano università e privati con lo scopo di diffondere la prototipazione rapida, tecnologia di nicchia anche a causa degli elevati costi, e farla diventare disponibile e utilizzabile da un più elevato numero di soggetti.
Allo stato attuale la macchina in oggetto non è paragonabile in termini di prestazioni ai sistemi professionali disponibili sul mercato ma il relativo basso costo (circa 2000 euro) permette una diffusione della tecnologia dal basso e consente a tutti di poter apportare migliorie tecniche e sperimentare nuovi materiali di costruzione. Un corposo sito web,forum e blog permettono la condivisione delle conoscenze e la divulgazione delle migliorie tecniche contribuendo allo sviluppo del progetto. La caratteristica importante della FAB@HOME, che la contraddistingue dagli altri sistemi professionali e la possibilità di utilizzare diversi materiali per la deposizione, dai siliconi e resine epossidiche al cioccolato e formaggio. Questa caratteristica rispetta a pieno l'idea dei progettisti che consiste nel creare un sistema a basso costo per un uso domestico, flessibile e che possa essere utilizzato per produrre un appendiabiti o decorare una torta.
Con questo lavoro si cerca di dare contributo al progetto sviluppando una nuova testa di estrusione per depositare materiale termoplastico (ABS). La tecnologia utilizzata è la Fused Deposition Modelling (FDM) brevettata dall'azienda americana STRATASYS che ne detiene il brevetto. Il DIMEG possiede ed utilizza con profitto un modello della STRATASYS , la FDM3000 il cui funzionamento è stato studiato per raccogliere idee ed è stata utilizzata per costruire la nuova testa utensile. La differenza sostanziale rispetto al sistema in uso è essenzialmente nell'esigenza di fondere il materiale che ha comportato la progettazione di un sistema per il controllo della temperatura e la definizione di scelte opportune per implementare un sistema caldo su una macchina non progettata per questo tipo di utilizzo.

L' esigenza di progettare un nuovo sistema di deposizione è nata dall'aver constato ladifficoltà di costruire anche forme semplici con materiali che non siano il silicone.
Questo è essenzialmente dovuto al fatto che il materiale idoneo a questo tipo di operazione deve essere caratterizzato da una viscosità tale sia da mantenere le forze di estrusione entro le potenzialità dei motori passo-passo montati sulla macchina sia da mantenere la forma all'uscita dall'ugello in modo tale da non compromettere la precisione del pezzo. Questedue caratteristiche sono ovviamente discordanti e il solo materiale che ha permesso una costruzione soddisfacente è stato il silicone. A causa di questi risultati, ottenuti su un precedente lavoro di tesi, si è deciso di cambiare il sistema di deposizione e cercare di capire se è possibile implementare con profitto la tecnologia FDM sulla FAB@HOME.
Il primo passo è stata la definizione del sistema,in modo tale da capire come intervenire e cosa occorreva. Successivamente si è passati a definire i materiali occorrenti e a definire l'assemblato , poi si è proceduto alla scelta dei fornitori e quindi all'effettuazione dell' ordine.
Al ricevimento dei materiali poi, si è passati all'assemblaggio e al collaudo dell'utensile che ha permesso di identificare gli elementi positivi e quelli negativi che hanno indicato la direzione da prendere.