Risoluzione & Accuratezza … cosa sono?

Quante volte vi è capitato di dire o aver sentito dire, dopo aver preso in mano un bell’oggetto stampato in 3D, la frase:

Che preciso questo oggetto !

A questo punto è bene iniziare a dire che la terminologia utilizzata NON è corretta! Quando si analizza un oggetto guardandolo (senza un calibro/metro in mano), stiamo in realtà valutandone la RISOLUZIONE di stampa in Z (in verticale). E’ cosa risaputa che tutte le tecnologie di stampa 3D lavorano a “strati” , e lo spessore di questi determina la massima risoluzione di stampa in Z di una macchina. Più gli strati saranno sottili e più BELLI verranno fuori gli oggetti in quanto la scalinatura tipica della stampa 3d diventerà quasi impercettibile. Prendiamo come esempio una FDM (stampante 3D a filo) e una DLP (quella a resina): la prima mediamente può arrivare a 100 micron (0.1 mm) di minima altezza del layer di stampa, la seconda arriva tranquillamente anche a 20 micron (0.02 mm). Qui sotto potete vedere una comparativa del medesimo oggetto stampato in FDM a risoluzioni in Z differenti: da 0.15 mm a sinistra fino ad arrivare a 0.4 mm a destra.

La domanda sorge spontanea: un oggetto BELLO/IN ALTA RISOLUZIONE è automaticamente preciso? NO ! I due concetti sono slegati ed è infatti possibile avere oggetti con una risoluzione incredibile e bellissimi da vedere ma , quando andiamo a misurarli , risultano essere completamente fuori tolleranza dalle misure impostate a CAD. Al contrario posso avere un oggetto “brutto” da vedersi ma assai preciso in termini dimensionali. Ci tengo a precisare che in queste ultime righe il termine PRECISO è stato utilizzato in maniera non idonea in quanto il termine corretto da utilizzare è ACCURATO.

Se la mia macchina stampa un cubo disegnato a CAD da 20X20 mm e rilevo una misura di 20.1X20.1 mm, posso definire che è accurata. Se poi decido di stampare diversi cubi disposti sul piatto di stampa, e le misure rilevate a fine stampa sono molto simili tra loro, allora posso dire che la mia macchina è precisa/ha una buona ripetibilità. Sul singolo pezzo è semplice rimanere in tolleranze strette: discorso diverso quando la macchina deve lavorare su un piatto molto esteso (e magari riscaldato) dove le variazioni di inclinazione del piano o della temperatura di esso possono portare a differenze sostanziali tra i vari oggetti stampati su di esso.

L’accuratezza si riferisce a quanto siamo vicini al valore reale con una data misura, mentre la precisione si riferisce a quanto si avvicinano tra di loro misure indipendenti.

L’accuratezza e la ripetibilità(precisione) di una stampante 3D sono parametri da tenere in SERIA considerazione durante la fase di scelta. Se una persona è alle prime armi e deve solo soddisfare una propria curiosità personale, allora va bene anche un kit economico. Per le aziende che richiedono tollerante strette del manufatto è preferibile selezionare la macchina secondo questi due valori piuttosto che su quelli della risoluzione in Z. I produttori odierni fanno leva su questo valore per incuriosire il cliente ed ammaliarlo con stampe stratosferiche facendo passare magari in secondo piano una meccanica non altrettanto affidabile. Per qualcuno invece c’è la necessità di avere un pezzo estremamente curato dal lato estetico anche se magari quello dimensionale non è corretto al 100%.

Considerando comunque che tolleranze sotto il decimo di mm è difficile ottenerle con la stampa 3D, che parametri influiscono sulla accuratezza e ripetibilità di una macchina (FDM in questo caso)?

• Il telaio e la sua rigidezza. Meno flette e meno vibra e migliore sarà poi il manufatto (anche in termini di risoluzione)
• Il tipo di movimentazione (vite a ricircolo di sfere, cinghia e puleggia, barra filettata, vite trapezia) e relativi giochi di movimento
• In alcuni casi limite anche il microstepping impostato dei driver di stampa (1/1 , 1/4, 1/16, 1/32,1/64). Più questo sarà elevato e più piccolo sarà il minimo movimento possibile (risoluzione XY)
• Il N° di denti della puleggia motrice/condotta o il passo della vite
• Velocità di stampa
• Materiale utilizzato per la stampa

Piccola precisazione sulla risoluzione XY: come per quella in Z, tale risoluzione planare ci consente di ottenere manufatti di ottima qualità ma non è detto che poi risultino accurati in termini dimensionali. In particolare la possiamo definire come la “capacità di riprodurre il minimo dettaglio” ovvero, tanto più piccoli saranno gli spostamenti della mia macchina e migliori/più definiti risulteranno i particolari di una stampa (i dettagli di un volto per esempio). Grazie al microstepping dei nuovi driver di stampa è possibile ottenere degli spostamenti veramente irrisori e quasi impercettibili all’occhio umano: dunque vi starete chiedendo come mai le stampanti 3D a filamento di tipo FDM non vengano utilizzate anche nel campo della gioielleria o ad esempio delle miniature da modellismo. La risposta è semplice: mentre in quelle utilizzate per il dentale e la gioielleria si utilizza un laser con uno spot di 50 micron o un proiettore DLP con proiezione del singolo pixel grande anche 49 micron (che si traduce in particolari minuscoli perfettamente riprodotti), nella stampa 3D FDM entra in gioco un componente che rimescola tutte le carte… il NOZZLE o UGELLO.

Possiamo dunque avere la macchina con movimentazioni perfette, microstepping elevati ecc ecc ma alla fine il minor particolare riproducibile è determinato dal DIAMETRO dell’ugello. Il filamento, in questo punto esatto, passa dal suo diametro nominale di 1.75 mm (o 3.00 mm) fino a 0.4/0.35 mm (400/350 micron) mediamente. Di conseguenza oggetti molto piccoli e con particolari al di sotto di queste dimensioni NON vengono riprodotti. Per rendere più chiara la differenza ecco una serie di immagini esplicative:

E’ evidente che utilizzare un ugello molto più fino porta ad avere una miglior definizione dell’oggetto. Ma questo beneficio porta anche un grosso svantaggio: i tempi di stampa possono anche raddoppiare se non addirittura triplicare. Con alcuni materiali, in abbinamento ad ugelli molto sottili, si potrebbero verificare anche delaminazioni da scarsa aderenza interlayer. Questi saranno comunque argomenti trattati in un articolo a parte.

Nella foto qui sopra (non chiarissima ma comunque visibile) è possibile notare che con l’ugello da 0.8 mm si perdono dettagli, o meglio, i particolari del volto risultano come smussati e poco definiti. In caso di particolari molto piccoli, questi potrebbero anche non venir riprodotti.

In sintesi:

• Risoluzione in XY e Z mi determinano quanto un oggetto è bello,rifinito e tutti i suoi dettagli.
• Accuratezza e ripetibilità/precisione ci aiutano a capire quanto il nostro oggetto stampato sarà fedele, in termini dimensionali, al modello disegnato al computer