I colori fanno parte del nostro linguaggio da sempre. Profondamente codificati nel nostro inconscio, producono reazioni istintive, stimolano stati d’animo, ci aiutano a comprendere velocemente l’ambiente che ci circonda. Li utilizza la natura, per segnalare condizioni di pericolo, la commestibilità (o meno) di piante ed animali, la fertilità, la salute e la malattia. L’ ha nel corso di tutta la sua storia utilizzati l’uomo, dalle pitture tribali, alle uniformi di guerra, ai mezzi di trasporto pubblici e alle loro linee di percorrenza, come potentissima forma di comunicazione non verbale.
I colori sono essenziali.
Ma nella stampa 3D, che ormai ci consente di materializzare le strutture più articolate, salvo eccezioni legate a sistemi molto costosi – i colori non sono ancora “approdati”. Agli oggetti che creiamo manca quella potenza espressiva che il colore è in grado di aggiungere alla forma.
Ad aggirare, almeno parzialmente, questa limitazione, ci ha pensato una società Canadese, la Mosaic Manufacturing, che ha sviluppato un sofisticato ma abbordabile dispositivo in grado di “alimentare a colori” le nostre stampanti FDM monocromatiche.
La stampa FDM a colori
Il primo approccio dei produttori di stampanti FDM per consentire la realizzazione di modelli multicolore (o multimateriale) è stato quello di moltiplicare gli estrusori. Molte stampanti ne usano due, ma ne esistono alcune che arrivano a cinque estrusori. Da un punto di vista pratico ed economico non è questa la soluzione migliore. La “moltiplicazione” degli estrusori implica infatti un aumento generale della complessità, delle masse mobili e del costo della macchina. Alcuni tra queste implicazioni, es. l’aumento delle masse mobili, influenzano negativamente la qualità di stampa. Le maggiori dimensioni del gruppo di stampa riducono inoltre il volume utile. Infine, salvo la presenza di accorgimenti capaci di sollevare (e “chiudere”) gli estrusori temporaneamente inattivi, questi tendono a “perdere” materiale, compromettendo il risultato finale.
Una stampante con cinque estrusori. La complessità è impressionante.
La soluzione Mosaic Palette + è radicalmente diversa.
Mosaic Palette +
Innanzitutto, si tratta di un dispositivo esterno applicabile alla maggior parte delle stampanti monoestrusore. Questo permette di utilizzarlo di volta in volta con più macchine (ovviamente, se l’utilizzatore possiede più macchine). In secondo luogo, dal momento che viene utilizzato un solo estrusore, e questo non è mai “inattivo”, il fastidioso problema dell’oozing (perdita di materiale) viene risolto alla radice. Il funzionamento è decisamente ingegnoso. Mosaic Palette + si presenta come una compatta “scatola”, con quattro diversi ingressi filamento e una singola uscita. Nel corso di un’iniziale calibrazione, guidata da esplicative animazioni, il dispositivo “apprende” le caratteristiche della stampante che dovrà alimentare. Quanto è lungo il percorso dall’uscita del filamento sino all’ugello di stampa, e quanto tempo la macchina impiega per stampare un file campione. Sfruttando queste informazioni, il software in dotazione (Chroma) elabora il programma di stampa prodotto dallo slicer in modo che il dispositivo possa predisporre opportuni segmenti di filamento in più colori o materiali in base alle caratteristiche dell’oggetto da stampare. I diversi segmenti vengono automaticamente “saldati” tra loro all’interno della macchina, in modo che in uscita venga prodotto un unico filamento, predisposto per quella particolare stampa.
Poco prima dell’estrusore, un accurato encoder misura la quantità di materiale effettivamente consumata, ed un magnete collocato in modo che possa “slittare” sul tubetto di uscita, stimola Mosaic Palette + ad erogare la quantità necessaria. Quando l’estrusore “richiama” filamento, trascinandolo, il magnete si avvicina al corpo della Mosaic Palette +. Questo fa attivare i motori, che erogano filamento. Nel caso in cui la quantità di materiale resa disponibile dai motori della Palette + fosse eccessiva, il magnete si allontanerebbe, interrompendo la loro erogazione.
Ma cosa accade in una stampa particolarmente lunga? Come è possibile calcolare la lunghezza degli spezzoni che verranno utilizzati con sufficiente precisione quando si tratta di decine o centinaia di pezzi? Il sistema è virtualmente “a prova di tolleranze”. L’errore che col tempo potrebbe accumularsi viene corretto attraverso opportune “pause” nell’erogazione, che vengono interpretate, congiuntamente ai dati forniti dall’encoder, come “segnali di sincronismo”. Questi segnali consentono di compensare eventuali discrepanze tra il materiale prodotto da Mosaic Palette + e quello effettivamente “consumato” dalla stampante. Ma non è tutto. Per aggiungere un ulteriore livello di sicurezza, e per “scartare” le zone di giunzione tra i segmenti, che produrrebbero colori sfumati, il software Chroma predispone la costruzione di una “wipe tower”, un parallelepipedo di servizio che verrà successivamente scartato. Le pause menzionate precedentemente, per non rovinare il modello, vengono effettuate durante la stampa del parallelepipedo.
Questo comporta due aspetti relativamente negativi. Un maggior consumo di materiale, e tempi di stampa più lunghi. Mediamente, la quantità di filamento utilizzata per una stampa multicolore risulta dal 10 al 50% maggiore rispetto a quella che verrebbe impiegata per una stampa monocolore. Anche rispetto al tempo, le percentuali di maggiorazione sono simili. E’ comunque uno “scotto” accettabile per ottenere una stampa a più colori (o con più materiali).
Le principali limitazioni di Mosaic Palette + delle quali tenere conto
Le soluzioni raramente sono definitive; se da un lato risolvono un problema, introducono anche vincoli, eccezioni, limitazioni. Anche in questo caso. Vediamo quali sono i requisiti per ottenere una stampa a colori (o multimateriale) di buona qualità.
Stampante “target”: deve necessariamente essere compatibile con il linguaggio GCode. Stampanti che utilizzano slicer dedicati e non consentono l’impiego di slicer terze parti potrebbero non essere compatibili con Mosaic Palette +.
Diametro del filamento. Deve essere il più possibile uniforme tra i vari materiali. Differenze consistenti porterebbero a fenomeni di sovra o sottoestrusione nelle varie zone, e a giunzioni percepibili al tatto.
Temperatura di estrusione. Deve essere uguale, o molto simile, per ovvie ragioni. L’estrusore opera infatti, indipendentemente dal segmento che sta trattando, sempre alla stessa temperatura impostata in sede di slicing.
Compatibilità “chimica” dei materiali. I diversi filamenti impiegati debbono essere “saldabili” tra loro. Se l’incollaggio non è sufficientemente robusto, la trazione da parte dell’estrusore può comprometterlo, staccando due segmenti con conseguente interruzione della stampa.
Calibrazione del dispositivo. Deve essere effettuata il meglio possibile. La corretta sincronizzazione dei materiali dipende dalla qualità della calibrazione.
Numero di segmenti. All’aumentare della quantità di segmenti utilizzati, aumentano le probabilità che la somma degli “errori” dovute alla discrepanza tra materiale prodotto e materiale utilizzato determinino uno sfasamento dei colori. E’ quindi conveniente contenere, ove possibile, questo valore.
Conclusioni
Anche se con alcuni vincoli e con alcune limitazioni, Mosaic Palette + rappresenta una soluzione estremamente interessante per convertire una stampante monoestrusore anche “economica” in una stampante a colori. Partendo da un investimento che può anche superare di poco i 1000€ stampante inclusa, possono venire prodotte stampe che impiegano sino a quattro diversi materiali. E questo, decisamente non è poco. Mosaic Palette + è disponibile presso ShareMind con profili dedicati per le stampanti commercializzate.
