Effetti dell’orientazione degli strati nei modelli 3d con tecnologia FDM

La tecnologia FDM costruisce i componenti strato dopo strato non è quindi possibile ottenere resistenze meccaniche identiche in tutte le direzioni. Pertanto, sia nella fase progettuale che in quella di produzione dovremo tenere bene a mente come avviene la stampa del pezzo per deciderne l’orientazione prototipo nella macchina, affinché questo abbia la massima resistenza. 

Le prestazioni di un prototipo FDM

Nella tecnologia FDM le prestazioni del componente finito si discostano da quelle del materiale base; vediamo ora come e perché.
Nello sforzo lungo la direzione di deposizione del materiale la resistenza raggiunge il 90% di quella nominale (Figura A): la parte mancante si spiega con il fatto che le parti tra gli strati non contribuiscono totalmente alla resistenza, in quanto rifuse con quelli adiacenti. 

trazione_longitudinale
Figura A 

Nello sforzo lungo la direzione di accrescimento invece la resistenza si abbassa notevolmente: è data infatti solo dallo strato fuso tra due strati adiacenti (Figura B), e raggiunge al massimo il 50% del valore nominale. 

trazione_trasversale
Figura B 

Per quanto riguarda le flessioni il discorso è simile: se l’asse neutro è parallelo agli strati la resistenza è quasi quella nominale, mentre la situazione è critica se l’asse neutro è perpendicolare a questi. (Figura c) 

momento_flettente
Figura C 

La progettazione

Nella fase progettuale dobbiamo ricordarci che il componente non ha la stessa resistenza in tutte le direzioni (Figura D), ed è inoltre buona pratica non caricarlo con forze ortogonali tra loro: almeno una si troverebbe a sollecitare un materiale con caratteristiche diverse da quelle dichiarate.
flessione

Figura D 

La produzione

Nella fase produttiva è fondamentale specificare chiaramente l’orientazione del componente nei 3 assi: la direzione di accrescimento è quella verticale, pertanto dovremo mantenere l’andamento degli strati esattamente uguale a quello pensato in progettazione, pena una drastica diminuzione delle capacità meccaniche. 
Se il pezzo non ha particolari esigenze, l’orientazione ottimale sarà quella con l’asse più corto posizionato in verticale, lungo z: essendo l’asse più lento, una minore altezza comporterà meno tempo macchina e quindi minori costi.