Le ruote in stereolitografia

Avendo la necessità di un set di ruote (cerchione e pneumatico) non disponibili in commercio, ho pensato di realizzarle mediante prototipazione rapida ed in particolare per mezzo della stereolitografia. Lo scopo non era solo quello di avere un set di cerchi altrimenti introvabile, ma anche quello di verificare, su un particolare piccolo e quindi teoricamente poco costoso, le potenzialità ed i limiti della stereolitografia.
Sebbene il costo vivo di un pezzo così piccolo sia teoricamente basso, in pratica non può esserlo a causa del lavoro di preparazione dell'impianto e del costo "burocratico" della gestione di un cliente. Per una Ditta, un cliente che necessita di un solo pezzo di queste dimensioni è più una scocciatura che un guadagno.
È solo grazie alla disponibilità del titolare della Ditta che ha realizzato il prototipo che è stato possibile concretizzare questo esperimento.

La preparazione del modello 3D

Il modello tridimensionale delle ruotine è stato fatto mediante CAD 3D. Le dimensioni sono state stimate in base a fotografie dell'originale. Il modello 3D non è stato disegnato fedelmente, ma tenendo conto degli spessori che avrebbe avuto il pezzo finito. In particolare aumentando la sezione nei punti in cui gli spessori sarebbero diventati troppo sottili.
Allo scopo di testare i limiti della stereolitografia, sono stati aggiunti alcuni dettagli un po' "senza speranza" come la forma esagonale data ai dadi ed una scritta in rilevo di 4 centesimi di millimetro sulla spalla dei pneumatici.
Il battistrada è stato invece disegnato pensando che sarebbe stato riprodotto senza problemi. Si vedrà in seguito che gran parte di queste considerazioni, fatte in fase di modellazione CAD, si sono rivelate sbagliate.
Il passaggio dei dati alla Ditta che si è occupata della prototipazione rapida è stato fatto mediante file STL.

Il pezzo dopo la prototipazione rapida

Dopo soli tre giorni dalla consegna dei file STL il pezzo in stereolitografia è pronto. Bisogna dire che non è rapida solo la fase di prototipazione, ma anche tutta la gestione della "commessa" anche se, in questo caso, parlare di commessa fa un po' ridere.
Com'è venuto? In assoluto bene, ma molte delle considerazioni fatte nella fase di preparazione del modello 3D si sono rivelate sbagliate.
Lo spessore del raggio laser ed il fatto che questo segua con precisione i contorni del modello senza tenere conto della propria dimensione, ha portato ad un aumento dello spessore dei "pieni" e ad una conseguente tendenza a chiudersi i "vuoti".
Analizzando la ruota si osserva che i dadi e le nervature delle razze del cerchio risultano molto più spessi rispetto al modello 3D, mentre gli intagli del battistrada si sono quasi completamente chiusi. La scritta sulla spalla, invece, pur essendo più piccola dei limiti della macchina (che esegue passate a distanza di 0.05mm) si vede piuttosto distintamente.
È possibile che esistano macchine gestite da software in grado di tenere conto dello spessore del raggio laser e adeguare i percorsi del raggio per ottenere prototipi più fedeli al modello matematico. In ogni caso, in base a questa esperienza, il prossimo modello 3D potrà essere disegnato in modo da ottenere un prototipo più fedele all'originale.
L'unico vero difetto del pezzo è che sono piuttosto visibili le tracce delle varie stratificazioni. Purtroppo il materiale impiegato si presta poco ad essere lisciato in quando tende a produrre "pelosità" e a sfilacciarsi. Per questo motivo, invece di lavorarli direttamente ho pensato di clonarli per ottenere un pezzo in resina, più facile da lisciare e riclonare per poter essere stampato in serie.

La clonazione dei particolari

I pezzi ottenuti dalla stereolitografia sono stati clonati con stampo in silicone e stampaggio in resina poliuretanica.
Da questa prima clonazione si vedono meglio i dettagli rispetto ai pezzi in plastica bianca traslucida.
Si ha la sensazione che i dadi siano leggermente esagonali, così come erano stati disegnati ed il battistrada ha un minimo di rilevo, sebbene gli intagli siano completamente scomparsi.
La resina poliuretanica è un materiale facilmente lavorabile sia per abrasione che per intaglio. Sarà quindi possibile carteggiare le superfici rugose per renderle più lisce e asportare con un cutter la parte interna delle nervature delle razze per renderle più sottili e fedeli all'originale. La qualità è, in ogni caso, decisamente soddisfacente anche così.

Risultato finale stereolitografia

Il risultato finale è piuttosto soddisfacente anche se ampiamente migliorabile. Una volta che si conoscano le caratteristiche della macchina per la stereolitografia, sarà possibile disegnare un modello 3D che porti alla produzione di un pezzo dimensionalmente perfetto, o quasi.
L'unico vero difetto è la rugosità superficiale. Anche in questo caso potrebbe essere possibile limitarla disponendo il pezzo nella macchina in modo tale da ridurre la visibilità dei vari strati. Anche la scelta del materiale da impiegare può essere migliorata per rendere più agevoli le successive lavorazioni di finitura. È anche possibile eliminare le rugosità mediante verniciatura. In questo caso si potrà prevedere in fase di modellazione la riduzione di alcuni spessori.