Introduzione

Come per la lavorazione, la forgiatura, la fusione e lo stampaggio, la stampa 3D parte dallo stesso punto: la progettazione della parte finita. Analogamente alla produzione tradizionale, la produzione additiva si basa su modelli di progettazione assistita da computer (CAD) come componente principale della produzione della parte.

Requisiti di un pacchetto CAD

Sebbene la maggior parte dei pacchetti CAD consenta di creare modelli da utilizzare nella produzione additiva, vi sono alcune caratteristiche e funzioni fondamentali che devono essere confermate prima di procedere con uno specifico pacchetto.

Il primo e più importante aspetto è la capacità di generare modelli 3D. Alcuni software sono progettati specificamente per stampe, disegni o altri progetti 2D e non sono in grado di generare modelli completi. Un pacchetto CAD appropriato consente di modellare le superfici 3D in modo parametrico o diretto, per poi esportarle facilmente nel file di stampa 3D più comune, il formato STL.

La capacità di esportare progetti CAD nativi in un file STL è necessaria per quasi tutte le stampanti 3D. I file STL (abbreviazione di "stereolitografia") sono traduzioni/esportazioni di modelli CAD in superfici e piani triangolari, che vengono comunemente interpretati in codice G, il linguaggio CAM (Computer Aided Manufacturing) più diffuso per le macchine utensili automatiche. La generazione di un file STL che corrisponda al progetto è fondamentale per il successo di una stampa 3D.

Al di fuori di entrambi i requisiti di modellazione 3D e generazione di un file STL, vi sono numerosi altri "nice-to-have" inclusi in alcuni pacchetti CAD che facilitano la preparazione per la produzione additiva e consentono un ulteriore valore aggiunto. Esempi come 3DXpert per SolidWorks, Netfabb per Fusion 360 o 3YOURMIND per Siemens NX sono componenti aggiuntivi e plugin che eliminano alcune fasi di traduzione o addirittura consentono la stampa diretta sulle stampanti dalle applicazioni native.

Cos'è un file STL?

Il file STL (stereolitografia), talvolta indicato come "Standard Triangle Language" o "Standard Tessellation Language", è stato creato da 3D Systems nel 1987 ed è stato ampiamente adottato come file standard per i modelli delle stampanti 3D in tutto il settore. Questi file sono esportazioni da file CAD nativi e descrivono "superfici grezze e non strutturate triangolate dalla normale unitaria e dai vertici (ordinati secondo la regola della mano destra) dei triangoli utilizzando un sistema di coordinate cartesiane tridimensionale" [Wikipedia, "STL (file format)", 2019]. In breve, i file STL sono un'approssimazione dei modelli CAD in un insieme di triangoli, convertendo elementi come spline, linee p, archi, estrusioni e sweep in semplici triangoli e compositi.

Conversione di un file STL

Sebbene ogni software CAD abbia diverse opzioni di configurazione e funzioni per l'esportazione dei file STL, ci sono alcuni elementi comuni a tutte le soluzioni e a cui è importante prestare attenzione:

• Formato binario / ASCII - Sebbene vi sia una grande differenza tra la codifica dei due formati, fondamentalmente il formato binario e quello ASCII sono funzionalmente simili, con l'avvertenza che i file binari tendono a essere molto più piccoli e vengono gestiti con una potenza di elaborazione inferiore rispetto alla maggior parte dei software di slicing. A meno che non sia specificamente richiesto, in genere si preferisce il formato binario per via delle dimensioni ridotte del file.
• Unità - La definizione del file STL non include unità di misura. Quando si esporta il modello, prestare attenzione sia alle unità del CAD nativo che a quelle previste dal software di slicing/della stampante. La maggior parte dei software di slicing prevede una configurazione per le unità di misura, ma la maggior parte delle implementazioni comuni prevede per impostazione predefinita i millimetri (mm).
• Risoluzione - Questo è l'attributo che varia di più tra i pacchetti CAD, ma in generale l'obiettivo è garantire che le tolleranze/deviazioni minime siano inferiori all'elemento più fine che la stampante 3D è in grado di produrre. Ad esempio, se la risoluzione massima che la stampante 3D può produrre è di 100 micron, il file STL deve avere tolleranze di 100 micron per i diametri, gli angoli, le sezioni di tassellatura, ecc.

Ci saranno altri attributi (ad esempio, nei file STL può essere incluso il colore), ma i punti di cui sopra sono fondamentali per generare un file STL rappresentativo del CAD nativo.

Soluzioni CAD industriali comuni

Nei settori della produzione, dell'ingegneria e della progettazione esistono numerosi pacchetti CAD comunemente utilizzati; alcuni sono specifici per il settore e il caso d'uso, ma molti sono comuni tra le varie applicazioni e segmenti verticali. Di seguito sono riportate solo alcune delle numerose applicazioni CAD comunemente utilizzate dalle aziende e dalle attività produttive:

SolidWorks

SolidWorks, lanciato nel 1995 e acquisito da Dassault nel 1997, è uno dei pacchetti CAD più diffusi nei settori dell'ingegneria, della produzione e della progettazione. Secondo il software vendor, "nel 2013 oltre due milioni di ingegneri e progettisti di più di 165.000 aziende utilizzavano SolidWorks", considerato uno dei pacchetti CAD parametrici più facili da imparare. Oltre al pacchetto CAD di base, SolidWorks offre numerosi prodotti e moduli aggiuntivi per la simulazione, i settori specifici e il rendering e la progettazione grafica.

Dassault Systèmes CATIA

CATIA, creato originariamente nel 1977 come piattaforma di progettazione di Dassault Aviation per applicazioni nel settore aerospaziale e della difesa, è un software su scala aziendale molto utilizzato nella progettazione di apparecchiature aerospaziali, automobilistiche e industriali. Con oltre 40 anni di storia, CATIA è una soluzione PLM matura e ricca di funzionalità, con supporto integrato dal CAD al CAM.

Autodesk Fusion 360

Fusion 360, rilasciato inizialmente nel 2013 e pubblicato da Autodesk, è una release CAD incentrata sul 3D (a differenza del classico AutoCAD di Autodesk) che si differenzia per la versione nativa per Mac OSX e Windows 7/8/10 e per le versioni gratuite disponibili per hobbisti, studenti e istruttori. Analogamente all'offerta di Dassault, Fusion 360 beneficia dell'accesso al resto della pletora di soluzioni e componenti aggiuntivi di Autodesk.

Creo

Creo, precedentemente noto come Wildfire e Pro/E, è una delle prime soluzioni CAD 3D disponibili, lanciata nel 1987. Pubblicato da PTC, Creo è il primo sistema di modellazione 3D (parametrica) basata su regole e vincoli. Oggi Creo fa parte di una suite di 10 applicazioni di PTC che forniscono funzionalità di modellazione di assiemi, FEA, modellazione diretta/superficiale e progettazione di utensili.

Siemens NX

Siemens NX, originariamente Unigraphics NX e acquisito da Siemens nel 2007, è una soluzione su scala aziendale che non solo consente la modellazione diretta e parametrica, ma anche l'analisi ingegneristica e le funzionalità CAM direttamente all'interno di un'unica soluzione. Oltre alle funzionalità CAD/CAE/CAM/Simulazione, NX dispone di numerosi pacchetti specifici per il settore e per i materiali, che consentono di ampliare il set di funzionalità specifiche per determinate applicazioni.

Onshape

Onshape, rilasciato nel 2015, è una delle poche offerte CAD interamente basate su SaaS (Software-as-a-Service), un elemento di differenziazione fondamentale in un panorama di soluzioni principalmente on premise e ad alta intensità di hardware. Onshape consente l'accesso tramite browser e Android/iOS e la collaborazione in tempo reale di più utenti su un singolo progetto attraverso qualsiasi piattaforma supportata.

Conclusioni

In conclusione, il mercato offre una vasta scelta di software CAD a seconda del settore, delle dimensioni dell'azienda e delle caratteristiche richieste, ma quasi tutti consentono di prendere i modelli e dar loro vita attraverso la produzione additiva e la stampa 3D. Da hobbisti e studenti a ingegneri meccanici e progettisti di livello aziendale, i vantaggi della produzione additiva possono essere sfruttati da tutti per produrre parti e assemblaggi reali in modo più rapido e semplice che mai.