Nel 2006 è scaduto il brevetto della tecnologia FDM – Fused deposition modeling (Modellazione a deposizione fusa) per le stampanti 3D. Nel febbraio 2014 è scaduto il brevetto della tecnologia di sinterizzazione, (Selective Laser Sintering o SLS) Ora stanno arrivando le stampanti 3D SLS che sono più veloci e più precise. "Italiani, scatenate la vostra creatività" Bre Pettis CEO di Makerbot Dal mio intervento "Strumenti e sistemi di progettazione per la stampa 3D" al SAIE Academy 2014 Bologna 25/10/2014 "Italians, unleash your creativity!" Bre Pettis CEO di Makerbot

1. Arch. Claudio Gasparini
Strumenti e sistemi di
progettazione
per la stampa 3D
25 /10/2014
SAIE Academy - Bologna

2. Strumenti di disegno e progetto
Nel passato è sempre esistita
una stretta relazione fra i
vari sistemi di rappresentazione
ed il sistema costruttivo.
In particolare fra il disegno, il
progetto e l’oggetto prodotto.
Nei Quattro libri sono indicate
regole sistematiche del
costruire ed esempi di progetti
in cui le regole erano applicate.
Andrea Palladio, I quattro libri dell’architettura, 1570,
Fregi

3. Gli strumenti di disegno
possono
condizionare
il progetto?

4. Compasso geometrico di Galileo
Il compasso geometrico militare di Galileo è stato inventato a
Padova nel 1597 e consentiva di effettuare operazioni
aritmetiche e geometriche complesse per l’epoca.

5. Compasso geometrico di Galileo
Il compasso geometrico militare, come lo chiamò Galilei,
permetteva di compiere in modo più rapido e semplice
complesse operazioni matematiche e geometriche per usi
civili e militari.
Col suo compasso si misuravano distanze, altezze, profondità
e pendenze; si calcolava la balistica dei tiri d'artiglieria; si
poteva ridisegnare una mappa con una scala diversa; si
calcolavano cambi di monete e interessi.

6. Progettazione integrata
Non ci sono piu'
distinzioni fra disegno
artistico, disegno
tecnico, tavola
costruita con i codici
della Geometria
descrittiva, disegno
automatico, modello
informatico e modello
fisico.
Sgabello Mezzadro, Achille e Pier
Giacomo Castiglioni, 1957, prod.
Zanotta

7. Tipologie di modellazione
La modellazione 3D può rientrare
in due tipologie:
• Modellazione geometrica
• Modellazione organica
Tecniche di modellazione
geometrica
• Modellazione
Procedurale (automatica e
semi-automatica)
• Modellazione Manuale
• Da dati provenienti da
modelli reali (scansione
tridimensionale)

8. Tipologie di modellazione
• Modellazione Solida - dove l'oggetto risultante è
considerato come formato da un volume pieno.
• Modellazione Volumetrica - determina delle entità
generanti una superficie implicita.
• Modellazione di superfici - l'oggetto in questo caso è
determinato dalle sue superfici esterne.

9. Modellazione solida parametrica
Uno dei principali vantaggi associati all’uso dei sistemi CAD è quello
di poter costruire dei modelli con variabili (tipicamente dimensioni)
che possono essere successivamente variate senza dover ricostruire
l’intero modello

10. Modellazione NURBS
La modellazione NURBS è una modellazione basata sulle curve
che permette un controllo perfetto di quanto si va a creare.
La tecnologia NURBS (Non Uniform Rational B-Splines - B-Spline
razionali non uniformi) permette la creazione di curve e superfici
definite accuratamente nella forma.
SW: Rhino, Maya, Blender
Pro: molto preciso, simulazioni e calcoli, prototipazione
Applicazioni: settori del design, architettura, industria.

11. Modellazione Poligonale
La modellazione poligonale genera superfici organizzate in maglie
di facce poligonali con diversi livelli di dettaglio.
Queste superfici di suddivisione possono solo approssimare
l'oggetto finale se con un basso livello di poligoni (in questo caso
caso l'oggetto viene detto Low Poly).
SW: 3DS Max
Pro: flessibile, adattabile
Applicazioni: video giochi, Film e TV, video professionali,
simulazione. Pixar, Lucas Film

12. Modellazione sculpting
La modellazione sculpting si avvicina molto al procedimento della
scultura con plastilina perché interattiva e graduale.
SW: ZBrush, Blender, 123D Sculpt
Pro: facile, plastico, approssimato. Non preciso
Applicazioni: facce, corpi, sculture digitali

13. Modellazione procedurale
La modellazione procedurale genera superfici mesh di facce
poligonali con livelli di dettaglio variabili.
Queste superfici di suddivisione possono approssimare l'oggetto
finale con un basso livello di poligoni (Low-Poly) o alto (High-Poly).
Procedural texturing: texture calcolata, es. legno
SW: Blender,
Pro: automatica, semi automatica, algoritmica, variabile
Applicazioni: casualità, autosimiliarità, ripetizione elementi, frattali,
terreni, simulatori fluidodinamici, vegetazione, capelli

14. Scansione 3D
La scansione tridimensionale mediante strumenti.
• Fotogrammetria - è un sistema abbastanza semplice e
economico,[36] che permette di acquisire forme a basso dettaglio.
Si utilizzano delle fotografie del soggetto prese da varie angolature
ed il software ricostruisce il modello.
• Sonda 3D a contatto (Tastatore) Usa un braccio meccanico
snodato che va a "tastare" il modello negli incroci di una griglia
segnata sulla sua superficie.
• Scansione Laser: il laser scanner 3D fornisce le coordinate
spaziali di una nuvola di punti appartenenti all'oggetto del rilievo.

15. Principi di corretta modellazione
Quale software usare ?
Sgabello per la mungitura,
designer sconosciuto, produzione Italia

16. Principi di corretta modellazione
Esiste
• un Modello 3D corretto
e
• un Modello 3D non
corretto
nella progettazione?
Teiera doppia per un tè a due.
Doppia teiera del masochista.

17. Principi di corretta modellazione
Si deve spostare
l'attenzione dall'aspetto
tecnico della
modellazione
all’analisi attenta del
modello da realizzare.
Teiera doppia per un tè a due.
Doppia teiera del masochista.
Il processo di
modellazione deriva
essenzialmente dalla
tipologia del modello.

18. Principi di corretta modellazione
Modello 3D da realizzare: SEDIA
▼
Tipologia di Modellazione: Solidi, Superfici e NURBS
▼
Utilizzo del Modello:
Videogame Realtime Produzione
stampa in
Stereolitografia
SISTEMA DI
MODELLAZIONE
Modellazione poligonale
Low Poly
SISTEMA DI
MODELLAZIONE
Modellazione NURBS
SISTEMA DI
MODELLAZIONE
Modellazione poligonale +
Scultura 3D + Conversione
STL
▼ ▼ ▼
CARATTERISTICHE
DEL MODELLO
numero minimo di poligoni
mesh molto leggera
CARATTERISTICHE
DEL MODELLO
superficie ottimizzata
per il calcolo
CARATTERISTICHE
DEL MODELLO
altissimo numero di
poligoni
mesh molto pesante

19. Progettazione con CATIA
Progettato con CATIA di
Dassault Systémes
programma di
progettazione nato in
ambiente aerospaziale ed
applicato soprattutto nei
settori meccanici e
automotive.
Frank O. Gehry, Museo Guggenheim, Bilbao, 1997

20. Progettazione con CATIA
Attribuito al movimento del
decostruttivismo,
quest’opera di Frank
Gehry è definita "senza
geometria" ( senza
geometria euclidea) per la
mancanza di strutture e
particolari architettonici
sempre presenti nella
storia dell’arte.
Frank O. Gehry, Museo Guggenheim, Bilbao, 1997

21. Courtesy AIA/ CRC
Progettazione BIM con Revit
Progetto
integrato in
tutti gli aspetti
costruttivi,
dalla
tipologia, ai
calcoli fino al
rendering
finale nel
costruito
reale.

22. Progettazione con Alias Autodesk
Visualizzazione interattiva, Alias Autodesk

23. Progettazione con Rhino
Superficie generata con Rhino e Grasshopper (parametrico)

24. Storia della stampa 3D

25. Nel 1983 Chuck Hull
stava sperimentando
dei rivestimenti per
superfici a contatto
con raggi ultravioletti
Storia della stampa 3D
Chuck Hull.inventore della stampa 3D e presidente di 3D Systems
Usando una classe di materiali definiti fotopolimeri riuscì a
solidificare degli strati attraverso il processo di stereolitografia
Ha brevettato il processo nel marzo 1986 con il titolo: “Apparatus for
Production of Three-Dimensional Objects by Stereolithography”

26. Brevetti scaduti
“E’ la scadenza dei brevetti che fa muovere
il mondo”
Confucio
Nel 2006 (20 anni dopo) è scaduto il brevetto di FDM – Fused
deposition modeling (Modellazione a deposizione fusa )
Nel febbraio 2014 è scaduto il brevetto della tecnica della
sinterizzazione, (Selective Laser Sintering o SLS)
Come successo con le stampanti FDM, ora c’è da aspettarsi un
grande impulso nella produzione di stampanti SLS.

27. Le sfide della stampa 3D
Chuck Hull inventore della stampa 3D
“La grande sfida di questa tecnologia
è stato quello di stimolare la
creatività e trasformarla in
progettazione e produzione.
A livello individuale penso ci sia una sorta di grande necessità
repressa: nell'era del computer tutto è visibile solo su uno schermo o
in rete e col tempo abbiamo perso il senso del risultato tangibile.
La stampa 3D permette di convertire i modelli virtuali in oggetti
fisici in un maniera molto semplice.”
Intervista di Chuck Hull alla CNN nel 2014

28. Tecnologia della stampa 3D
La Stampa 3D è una tecnologia additiva cioè aggiunge il
materiale con procedimenti differenti , mentre la tecnologia
sottrattiva è tipica delle macchine utensili.
Storicamente definita anche prototipazione rapida è indirizzata
alla creazione di prototipi cioè “primo elemento di una serie”
Le funzioni di un prototipo possono essere:
concettuali, funzionali, tecnici, preserie, valutativi, prestazionali,
usabilità.

29. Tecnologie SLA, SLS, DMSL
• Stereolitografia (SLA o fusione
selettiva)
• Selective Laser Sintering (SLS)
• Direct Metal Laser Sintering (DMSL)
e Direct Metal Printing (DMP)
SLA: il materiale è un fotopolimero
liquido
SLS: il materiale è una resina in
polvere.
DMSL: il materiale di lavorazione è
una polvere metallica
http://bulatov.org/metal/index.html

30. Fused Deposition Modeling - FDM
Fused Deposition Modeling – FDM
La Modellazione a deposizione
fusa fu sviluppata da S. Scott
Crump alla fine anni ‘80 e fu
commercializzata da Stratasys
fondata dallo stesso Crump.

31. Laminated Object Manufacturing LOM
Laminated Object Manufacturing –
LOM
La tecnologia LOM riguarda la
produzione di oggetti laminati
mediante il taglio di fogli di carta
o di materiale plastico (es. PVC)
per slices cioè sovrapponendo
diversi strati tagliati dal soft.ware
1 Rullo alimentazione. 2 Rullo riscaldato 3
Raggio Laser 4. Prisma di scansione 5 Laser
6 Layers 7 Carrello 8 Scarti

32. Dal modello CAD al modello STL
Il modello CAD viene creato da un sistema CAD ed esportato nel formato
STL (Standard Triangulation Language) che converte il modello in mesh
(rete) triangolare di intensità variabile. Da solido a mesh.
Il file STL può essere ottimizzato o corretto per la stampa 3D
(approssimato).

33. Dal modello CAD al modello STL
STL deve essere processato per generare i supporti e per essere
ottimizzato rispetto anche della risoluzione della stampante.
Slicing: sezionamento del file secondo la tipologia della stampante. Il
modello viene scomposto layer-by-layer per passare le istruzioni alòla
stampante.

34. Il file STL generato da sistemi CAD può contenere degli errori che
possono compromettere la realizzazione fisica. Inoltre il modello STL
prima di essere processato deve contenere i supporti e una orientazione
ottimale.
Programmi per il controllo dei file STL:
• MiniMagics versione gratuita di Magics di Materialise
• Meshmixer app gratuita della suite 123D di Autodesk
• MeshLab programma OpenSource sviluppato dall’Università di Pisa
CNR che utilizza il sistema di mesh processing per sviluppare e
modificare modelli 3D, e quindi ottimizzare anche i file STL per la
stampa.
• Netfabb utilizzato anche Microsoft 3D Model Repair service per la
verifica di file STL
Come correggere un STL

35. In Meshmixer di
Autodesk la
funzione Analysis /
Inspector visualizza
in un modello le
mesh non chiuse e
quelle interrotte
oppure le superfici
non-manifold.
Permette quindi di
fare una correzione
automatica.
Come correggere un STL

36. Come produrre un file di stampa
Ogni stampante utilizza un set di istruzioni per la realizzazione fisica del
modello. In genere questo codice è proprietario e viene fornito con la
stampante.
Il formato G-code è stato sviluppato al MIT agli inizi degli anno ’50 ed è un
linguaggio standard ISO 6983 e DIN
Nato per pilotare le macchine a controllo numerico CNC è stato
implementato anche per le stampanti 3D
Programmi che generano G-code:
Slic3r: software nato per le stampanti RepRap e scritto da Alessamdro
Ranellucci
Skeinforge: scritto in Pyton per le RepRap
Cura: distribuito dal produttore delle stampanti Ultimaker è molto utilizzato
dai makers.

37. Ambienti e aggregatori
Alcuni programmi, che possiamo definire aggregatori, offrono in un unico
ambiente molte funzioni forniti da vari programmi di stampa.
Citiamo i principali:
• PrintRun: è una collezione di strumenti che permettono di produrre il G-code
generato da Slic3r e inviarlo alla stampante. E' stato il primo di
questa categoria.
• ReplicatorG : viene fornito con le stampanti Makerbot ma viene
utilizzato anche su altri tipi di stampanti.
• Repetier-Host: fornisce un’interfaccia molto intuitiva con una vasta
gamma di opzioni di stampa.

38. Struttura del file G-code
Esempio di codice G-Code
; intestazione e settaggi
; generated by Slic3r 1.0.1 on 2014-10-03 at 12:46:31; QUALITA' BASSA; layer_height = 0.3; perimeters
= 3; top_solid_layers = 6; bottom_solid_layers = 3; fill_density = 0.1; perimeter_speed = 90; infill_speed =
90; travel_speed = 150; nozzle_diameter = 0.4; filament_diameter = 2.90; extrusion_multiplier = 0.90;
perimeters extrusion width = 0.40mm; infill extrusion width = 0.42mm; solid infill extrusion width = 0.39mm;
top infill extrusion width = 0.36mm; support material extrusion width = 0.40mm; first layer extrusion width
= 0.45mmG21 ; set units to millimetersM107M190 S110 ; wait for bed temperature to be reachedM104
S230 ; set temperatureG28 ; posizione home su tutti gli assiG1 Z5 F5000 ; alza l'estrusore a 5mmM109
S230 ; wait for temperature to be reachedG90 ; use absolute coordinatesG92 E0M82 ; use absolute
distances for extrusionG1 F1200.000 E-1.00000G92 E0G1 Z0.300 F9000.000G1 X46.041 Y61.418
F9000.000G1 E1.00000 F1200.000G1 X47.111 Y60.208 E1.02900 F1800G1 X48.721 Y58.578
E1.07014G1 X50.491 Y57.138
; seguono le coordinate geometriche X,Y
E1.11111G1 X51.851 Y56.188 E1.14090G1 X53.931 Y54.828 …

39. Alcune regole per la stampa 3D
• Cerca di otimizzare
lo spazio. Il tempo non
è tutto uguale.
• crea un corretto
numero di poligoni
• Less is More
• cerca di risparmiare
materiale e tempo
Claudio Gasparini, Tazzine nubili
• crea superfici con uno spessore maggiore di 0.5 mm
• tutte le facce devono essere chiuse e le normali corrette
• crea spigoli che non siano in condivisione con molti altri

40. Italian, unleash your creativity
Intervista a Bre Pettis CEO di Makerbot produttore di stampanti 3D
http://youtu.be/V_SSktcb680

41. Italian, unleash your creativity
In che modo questa tecnologia può essere
utile all’Italia?
Gli artigiani e i designer sono una parte essenziale
dell’identità italiana.
Molti giovani talenti italiani realizzano qualcosa e cercano
un’azienda che produca le loro idee. Ma non sarà questo
il futuro. Bisogna creare un’azienda sulle proprie idee e
oggi non è mai stato così facile, anche perché si può
andare su un sito di crowdfunding per trovare le risorse.
Nei prossimi anni sarà sempre più diffuso un nuovo
modello: creare il proprio prodotto e andare direttamente
sul mercato.

42. Italian, unleash your creativity
Gartner's 2013 Hype Cycle for Emerging Technologies Maps

43. Progetto provocatorio di
stampante 3D per stampare
cibo in paesi del Terzo
mondo.
Le materie prime sono alla
base del processo che si
attiva con la scelta del tipo
di utente: neonato,
bambino, anziano e malato.
Il cibo viene stampato nella
forma tipica del luogo con i
principi nutritivi corretti.
Stampante 3D del cibo

44. Progettazione collaborativa
3D Printed Community Recycle Bins – www.urbanhubs.co
Esempio di progettazione collaborativa internazionale

45. Opera d’arte collettiva di makers

46. Opera d’arte collettiva di makers

49. Grazie per l’attenzione
Claudio Gasparini
claudio.gasparini@cad-tutor.com
www.cad-tutor.com/gasparini