Premessa
La stampa 3D è ormai una prassi quasi comune, moltissime sono le persone che ormai ne hanno fatto una professione, e molte ancora ne fanno un uso hobbistico non indifferente. La comodità di poter realizzare componenti od oggetti generici utilizzando dei modelli 3D sviluppati al computer ha reso questa pratica abbastanza diffusa ed ogni giorno si aggiungono nuovi appassionati alla materia.
Crescendo il bacino utenti, sono cresciute nel tempo anche le tipologie di software utilizzate nella stampa 3D. Oggi sono praticamente decine i software che si trovano in rete, sia gratuiti che a pagamento. Comunque per chi sta incominciando da poco ad approcciarsi a questo mondo può risultare complessa la scelta del software adatto.
In questo articolo elencheremo i software attualmente più diffusi, dandone una breve descrizione sulla loro tipologia e lasciando al lettore la possibilità di giudicare quale sia quello che più si adatta alle sue esigenze.
Per la stampa 3D che software servono?
Per chi si cimenta per la prima volta nel mondo della stampa 3D può risultare difficile all’inizio capire quale e quanti software gli saranno necessari per stampare il suo primo modello. Moltissime saranno le domande:
- Da dove devo cominciare?
- Che cosa è una applicazione CAD?
- Che tipologie di CAD esistono al momento?
- Che file devo utilizzare come output per stampare un modello 3D?
- Che cosa è lo slicing e cosa significa?
Quindi prima di cominciare sarebbe utile un breve riassunto su tutte le procedure coinvolte nella preparazione e stampa di modelli 3D.
Per creare e stampare modelli 3D avete bisogno di 3 tipologie di software:
- Ideazione dell’oggetto (Community online o librerie di componenti)
- 3D modeling (CAD software)
- Slicing (CAM software)
- 3D Printing (Client Software)
L’obiettivo della stampa: l’oggetto da stampare
Per prima cosa, dobbiamo avere ben chiaro l’oggetto che vogliamo realizzare.
Sarà un componente di un apparato o sistema più complesso oppure sarà un oggetto raffigurativo come una statua o un soprammobile dove le curve e le linee irregolari prendono il sopravvento?
Bene, questa domanda è molto importante perchè come vedremo in seguito sarà il principale fattore che ci indirizzerà nella scelta del pacchetto di software necessario per la stampa dell’oggetto che vogliamo realizzare.
Inoltre, un’altra domanda fondamentale sarà la seguente:
Il mio oggetto ha una forma del tutto originale, oppure posso partire da un modello già preesistente per effettuare eventuali modifiche?
Quindi sarà opportuno fare prima delle ricerche online per vedere se esiste qualcosa di quanto mai più simile a ciò che vogliamo realizzare. Magari il mio oggetto già esiste da qualche parte e non richiede alcuna modifica. Questa strategia ci permette di velocizzare di molto i tempi di realizzazione e magari di utilizzare software di modellazione 3D più semplici e gratuiti.
In rete, esistono moltissimi community e siti che mettono a disposizione di chi li cerca centinaia di modelli 3D pronti per la stampa, con tanto di immagini e file per la stampa pronti per essere scaricati sul tuo PC. Thingiverse è proprio uno di questi.
Molti software commerciali hanno al loro interno, o comunque è possibile scaricare attraverso la loro licenza, numerose librerie ricche di modelli già pronti. Ciascuna libreria sarà divisa in base alle categorie di utilizzo del modello da realizzare.
Modellazione 3D con Software CAD
Una volta ben chiaro l’oggetto da realizzare, è necessario creare il modello 3D attraverso dei software specifici chiamati CAD (Computer-Aided Design) cioè disegno tecnico assistito dall’elaboratore.Il modello 3D è un oggetto realizzato attraverso la definizione dei punti che ne delimitano la sua geometria in un sistema di coordinate cartesiane (X,Y,Z). Grazie ai software CAD è possibile creare (disegnare) questi oggetti definendo esattamente la posizione dei punti che lo compongono.
Nella figura sottostante possiamo vedere un modello 3D (dal blog di Richard Ritchie) in cui sono ben visibili i punti che ne caratterizzano i vertici dell’oggetto che vogliamo realizzare ( le superfici curve vengono sempre approssimate attraverso dei triangoli).
Questi software sono presenti sul mercato ormai da moltissimi anni e quindi le metodologie per l’editing di questi oggetti 3D si è notevolmente semplificata nel corso del tempo, permettendo così di realizzare modelli molto complessi in tempi brevi e senza richiedere enormi competenze.
Al momento attuale, si possono definire 3 categorie principali di software per la modellazione 3D, ognuna delle quali è caratterizzata dalla modalità con cui avviene la modellazione stessa.
- solido
- scultoreo
- parametrico
Anche se ognuna di essa funziona su basi diverse e le modalità operative possono essere tali da differenziarle l’una dall’altra in maniera rilevante, tutte quanti hanno come obiettivo principale la modellazione 3D dell’oggetto desiderato. Quindi tecniche diverse, in teoria, porteranno a risultati uguali: la realizzazione del modello 3D.
Modellazione 3D solida
Le applicazioni che si riferiscono alla modellazione 3D solida, basano la costruzione dei loro modelli attraverso la tecnologia CGS (geometria di costruzione dei solidi). In parole povere, la costruzione dei modelli avviene attraverso l’uso di forme prestabilite semplici (coni, cubi, cilindri, sfere, ecc) chiamate primitive, invece di definire ogni singolo punto alla volta. Qualsiasi modello, per quanto complesso, può essere realizzato attraverso la funzione di queste primitive. Comunque questo tipo di modellazione si adatta di più a modelli di componentistica, quindi per un approccio più ingegneristico o per architettura.
I programmi gratuiti più famosi che utilizzano questo metodo di modellazione sono
Questo programma è molto popolare sia trai builders e makers (che ne apprezzano la gratuità) sia tra gli architetti e gli ingegneri che ne apprezzano le sue funzionalità. SketchUp è infatti un buon compromesso tra professionalità e intuibilità e semplicità di utilizzo. Da aggiungere che la versione base non permette la generazione di file STL (necessari per la stampa 3D), ma ciò è facilmente risolto scaricando un plugin/estensione gratuito direttamente da SketchUp, chiamato appunto SketchUp STL (vedi qui per scaricare). Per chi poi trovasse in questo programma la soluzione alle sue esigenze professionali, è raccomandato il passaggio alla versione a pagamento SketchUp Pro, in cui le funzionalità vengono notevolmente estese. La versione gratuita è disponibile sia per Windows che per Mac.
Autodesk è un’azienda che rilascia molti software professionali a pagamento per la progettazione 3D (modellazione, rendering e animazione). Comunque Autodesk ha realizzato l’applicazione 123D Design che è un programma utilizzabile sia dal PC che online e persino su iPad. 123D Design è un programma ideato per chi si sta avvicinando al mondo della stampa e del disegno 3D. Si presenta, quindi, con una interfaccia più intuibile rispetto ai corrispettivi software professionali, rendendolo molto più semplice nel suo utilizzo. Inoltre, fattore non da sottovalutare, numerosi sono i tutorial e le video lezioni presenti in rete che sono distrubuiti per insegnare a creare modelli 3D con questa applicazione.
Il software, a mio modesto parere, più semplice di tutti (adatto anche ai bambini) è Tinkercad. Non richiede alcuna installazione dato che è un servizio completamente online. Questa applicazione è stata creata da Autodesk, la stessa azienda di AutoCAD e 3DStudio Max. Strumento ideato specificatamente per la stampa 3D, questa semplice applicazione è un CAD online che nella sua semplicità ed intuibilità ti permette di realizzare un modello 3D praticamente in pochissimi minuti. Solidi primitivi, ognuno con un colore differente, vengono aggiunti via via uno dopo l’altro su uno sfondo contraddistinto da una carta millimetrata che non permette errori sul loro posizionamento, allineamento e dimensione. Un aspetto molto interessante è la connessione con Thingiverse, da cui è possibile prelevare oggetti STL. Inolter è possibile ordinare online una stampa del modello da noi realizzato o importato.
Questa è l’applicazione gratuita di riferimento per tutti gli appassionati della modellazione 3D. Infatti, ha alle spalle una grandissima comunità con cui è possibile condividere materiale didattico, tutorial, documentazione di vario genere e files di modelli. Blender è una applicazione molto potente, pur essendo gratuita è utilizzata anche a livello professionale. Esistono versioni sia per Windows, per Mac e anche per Linux. Non è un vero e proprio CAD ma è in grado di gestire modelli 3D.
Questa applicazione è disponibile online e quindi non richiede alcuna installazione. Risulta semplice da utilizzare come Tinkercad ma presenta maggiori opzioni e funzionalità che lo rende uno strumento a metà strada tra Tinkercad e 123D Design. Comunque anche rispetto a 123D, 3DTin permette di effettuare rendering realistici, con materiali e scene di sfondo. Nella sua versione base, 3DTin è gratuito e i modelli creati possono essere distribuiti finchè vengono distribuiti tramite licenza Creative Commons.
3DModel to Print, o 3DMTP, è un servizio online basato su cloud. Questo applicazione è utilizzata in modo particolare per la realizzazione di modelli 3D architetturali. Il servizio trasforma progetti di modelli 3D in file STL per la stampa.
Questa applicazione gratuita è un vero e proprio CAD professionale. Proprio per questa sua natura questo programma non risulta di così immediato utilizzo, ma richiede un po’ di pratica per impararne bene il funzionamento. La progettazione si basa sull’assemblamento di primitive che definiscono via via il modello. Ognuna di queste primitive è caratterizzata da una serie di parametri. Le seguenti modifiche e correzioni del modello 3D possono essere effettuate agendo su questi set di parametri variandone i valori senza dover modificare la struttura. Grazie a questa sua caratteristica, FreeCAD ben si adatta alla progettazione e stampa di modelli di componenti di apparati o sistemi più complessi (spesso meccanici o strutturali). Esistono versioni per Windows, per Mac e per Linux.
Tra i programmi a pagamento vi segnaliamo:
Prodotto dell’Autodesk, 3D Studio Max è una suite di programmi molto utilizzato grazie alla sua interfaccia unica e intuitiva. La suite di programmi può essere ulteriormente estesa da numerosissimi plugin realizzati da terze parti. Nella sue estese potenzialità, 3D Studio Max può essere un potentissimo strumento per la creazione di modelli tridimensionali adatti per la stampa.3D. Questa applicazione funziona solo su Windows.
Questo è un prodotto commerciale molto popolare poichè permette di creare modeli 3D di superfici free-form, ovvero forme curvilinee tipo sculturate. Rhinoceros descrive le entità geometriche (archi, superfici curve,…) matematicamente utilizzando le NURBS (Non Uniform Rational B-Splines). Esistono inoltre plugin che aggiungono funzionalità particolari (rendering raytrace, v-ray, CAM e fresatura CNC). Questo software è disposibile sia per Windows che per Mac.
Questo prodotto rappresenta lo strumento per eccellenza nella progettazione di componenti meccanici. Solidworks è uno strumento avanzato particolarmente adatto all’ingegneria meccanica. Per la creazione dei modelli sfrutta una progettazione tridimensionale parametrica che lo rende l’applicazione adatta per la creazione di componenti per apparati complessi con grandissima precisione.
Per questo motivo questo è lo strumento suggerito per la stampa di tali componenti. Disponibile sia per Windows che per Mac.
AutoCAD è stato il primo software CAD presente nel mercato dal 1982. Questa applicazione è utilizzata principalmente per la progettazione di modelli 3D da utilizzare in ambito professionale.
La natura vettoriale dei modelli creati lo rende lo strumento adatto per ingegneri e architetti. Oltre a queste applicazioni, Autodesk AutoCAD è un potente strumento per la creazione di modelli per la stampa 3D. Esistono versioni sia per Windows che per Mac.
Sebbene questo software sia specializzato per la modellazione 3D da utilizzare nelle animazioni e nella post-produzione di film per la realizzazione di effetti speciali, contiene tutti gli strumenti per la stampa 3D. Questo software della Maxon (Germania) supporta tecniche di modellazione procedurale, poligonale e solida. Esistono versioni sia per Windows che per Mac.
Questo software ormai è un classico della modellazione 3D, rendering e animazione, dato che le sue origini risalgono al Commodore Amiga! La sua funzionalità più eccellente è il rendering. LightWave 3D è composto di due parti separate; la prima specializzata per la modellazione 3D (Modeler) in cui gli oggetti vengono creati, e la seconda (Layout) utilizzata per l’animazione e il rendering. Questo software è disponibile sia per Windows che Mac.
Più che un’applicazione per il modelling 3D, Maya è da considerarsi una suite completa e massiva di strumenti per tutti gli aspetti professionali della progettazione 3D. Non solo permette lo sviluppo di modelli 3D ma è uno strumento eccezionale per le animazioni 3D e rendering. Maya quindi è uno dei software più utilizzati per la realizzazione di film d’animazione e per effetti speciali. Comunque, nel contesto generale, permette di sviluppare modelli 3D per la stampa. Esistono versioni commerciali sia per Windows che per Mac.
Modellazione 3D parametrica
Un’altra tipologia di software CAD si basa sulla modellazione 3D parametrica. La caratteristica peculiare di questa tipologia di CAD è che permettono di disegnare oggetti tridimensionali usando programmi di scrittura (scripts) contenenti i parametri dell’oggetto. Attraverso la combinazione di questi oggetti (primitive) con modalità additive o sottrattive è possibile definire in modo estremamente preciso qualsiasi tipologia di superficie o volume.
I software basati sulla modellazione parametrica non sono molti, tra quelli gratuiti abbiamo:
OpenSCAD non è un’applicazione per la realizzazione di modelli 3D come è intesa nel senso comune, dove grazie al puntatore del mouse ed ad icone di primitive geometriche costruiamo il nostro modello 3D gradualmente. Bensì, è un’applicazione più simile ad un compilatore 3D che legge ed interpreta script contenenti definizioni geometriche tridimensionali. Alla fine della lettura dello script abbiamo come output il modello finale 3D. OpenSCAD quindi si presenta come il miglior strumento per chi ha familiarità con la programmazione, permettendo di realizzare modelli complessi solo con la definizione di sequenze di comandi. Probabilmente è l’unico software per la modellazione 3D in cui il mouse non gioca quasi alcun ruolo, se non quello della rotazione dell’orientamento della scena. Il programma è disponibile per tutte le piattaforme: Windows, Mac, Linux e BSD
Questa applicazione in realtà non è a se stante, ma viene utilizzata come tool da aggiungere al Rhinoceros 3D CAD. Merita comunque una attenzione a sè data la grande particolarità di questa estensione. Grasshopper è infatti un editor grafico in cui è possibile definire algoritmi per la generazione di modelli 3D. Quindi si possono testare algoritmi in grado di generare strutture artistiche di elevata bellezza e originalità.
is a graphical algorithm editor tightly integrated with Rhino’s 3-D modeling tools. Unlike RhinoScript, Grasshopper requires no knowledge of programming or scripting, but still allows designers to build form generators from the simple to the awe-inspiring.
Modellazione 3D Scultorea
L’ultima tipologia di CAD è quella che si basa sulla modellazione 3D scultorea permettendo di creare i propri modelli “scolpendo” forme tridimensionali di base (primitive). Qundi partendo da figure geometriche semplici si vanno via via sottraendo parti (in maniera davvero simile ad un scalpello) fino a raggiungere la figura desiderata. Comunque esistono anche software che invece agiscono sul solido di base in maniera diversa. Cioè al modellatore è possibile deformare la struttura base nelle sue varie parti come se questa fosse fatta di creta.
La figura seguente è stata tratta dal sito di Scott-Eaton (vedi qui).
Si può quindi intuire come questa tipologia di modellazione 3D sia adatta per disegnare figure, facce, oggetti naturali o organici. Superfici piatte e regolari risulteranno meno precise rispetto all’utilizzo di altre tipologie di modellazione.
I software più famosi di questa tipologia sono:
Questo software rappresenta uno strumento di scultura avanzata che permette di creare dei modelli 3D davvero complessi. Particolarmente adatto per chi voglia realizzare modelli realistici per stampe con oggetti scultorei come statue, miniature, soldatini, draghi fantasy, ecc.. I risultati delle stampe sono davvero sorpendenti. Questo software richiede comunque un’abilità scultorea nel creare modelli soddisfacenti. E’ disponibile sia per Windows che per Mac.
Questo software gratuito molto particolare, permette di realizzare delle rappresentazioni scultoree (modelli) utilizzando in maniera virtuale il concetto della modellazione della creta. L’applicazione permette di manipolare in vari modi un modello (tirando,allungando,storcendo porzioni del modello) come se composto di un materiale facilmente malleabile. Questo splendido software permette di stampare in 3D le opere di scultori virtuali. Esiste una versione gratuita sia per Windows che per Mac.
Autodesk, azienda produttrice di moltissimi software specializzati nel CAD e nel modeling 3D, non poteva certo non proporre un software specializzato per la modellazione scultorea. Questo software permette quindi di modificare modelli 3D agendo sulle parti che le compongono con tutta una serie di tools (scalpello o deformazione). Il software è commerciale e sono disponibili versioni sia per Windows, per Mac che per Linux.
Comunque molti software elencati precedentemente per altri tipi di modellazione contengono comunque al loro interno dei tool che permettono di modificare gli oggetti creati mediante le primitive attraverso la modellazione scultorea. Ad esempio:
- Blender
- Maya
- Rhinoceros
- 3D Studio MAx
- Cinema 4D
- Sketch Up
Preparare il modello per la stampa: Slicer (CAM) Software
Una volta completato il nostro modello sul software CAD sarà necessario esportarlo nel formato STL (stereolitografia). Questo è il formato generalmente utilizzato per i modelli CAD creati appositamente per la stampa 3D.
Questi file STL contengono una serie di informazioni che carattearizzano la forma, le dimensioni e gli attributi fisici del modello che abbiamo realizzato tramite il software CAD. Ma questo file STL deve essere sottoposto al processo di slicing. Questo processo chiamato più correttamente Computer-Aided Manufacturing (CAM), che significa fabbricazione assistita da computer, è necessario ogni volta che un modello deve essere inviato alla stampa.
Il processo di slicing infatti divide il modello in tante piccole fette (slices appunto) e ne valuta le modalità di stampa necessarie per realizzare ogni singolo strato, tenendo conto sia del materiale utilizzato, della stampante da utilizzare, ma soprattutto degli strati precedenti (sottostanti) in modo da rendere il modello “stampabile”.
Il software di slicing quindi ci consente di convertire il nostro modello 3D in una sequenza di istruzioni che dialogano con la nostra stampante 3D, impostando tutti i parametri necessari per la stampa, come per esempio la velocità e il percorso da seguire da parte dell’estrusore. Tutte queste istruzioni sono scritte seguendo un codice specifico, chiamato G-code. La bontà e la qualità di un software di slicing è quella di saper impostare e ottimizzare le caratteristiche di stampa del modello. Infatti questi fattori influenzeranno enormemente sia la qualità che la velocità di stampa, determinandone la bontà dell’oggetto realizzato indipendentemente da quanto sia ottima la qualità con cui abbiamo realizzato il modello 3D con il software CAD.
Ecco alcuni di questi parametri che giocano un fattore rilevante:
- Altezza dello strato (Layer Height)
- Larghezza delle pareti (Shell Thickness)
- Densità di riempimento (FIll Density)
- Tipo di supporto (Support Type)
- Velocità di stampa (Print Speed)
- Temperatura di stampa (Print Temperature)
Inoltre il software Slicer deve avere all’interno tutte le descrizioni della stampante che utilizzerete (chiamati profili). E’ importante quindi controllare la compartibilità e se lo slicer che vogliamo utilizzare supporta la nostra stampante 3D.
I programmi Slicer disponibili sono:
Questo è probabilmente il programma più utilizzato per lo slicing. Questa applicazione infatti supporta una grande quantità di stampanti 3D attualmente in commercio. Di interfaccia davvero semplice ed intuibile, si caratterizza per la sua immediatezza ed intuibilità nell’uso.Pur essendo presente da poco (un anno e mezzo), è un software molto seguito e numerosi sono gli aggiornamenti disponibili online. L’aspetto fondamentale da non sottovalutare è inoltre che Slic3r è completamente open source, gratuito e supporta molti formati input/output (non solo STL). Caratteristiche che lo rendono molto apprezzato nelle comunità dei makers e dell’open hardware in generale. Nota da aggiungere: supporta la stampa ad estrusione multiplo.
Assieme a Slic3r è uno dei più diffusi software di slicing per la stampa 3D, parte integrante del progetto RerRap. Si può scaricare dalla pagina dell’autore,
Questo software realizzato dalla Ultimaker, permette di lavorare in modalità all-in-one su stampanti.Ultimaker (senza quindi far uso di altri software client), cioè invia il G-code direttamente alla stampante tramite connettore USB e ne controlla la stampa in tempo reale. Comunque è utilizzabile anche per la generazione di G-code anche per moltissime altre stampanti 3D.
Questa applicazione a differenza di tutti gli altri slicer, contiene anche una parte adibita alla modellazione. Inoltre sfruttando la sua funzionalità all-in-once permette di seguire ogni singolo processo della realizzazione di un oggetto 3D, dalla modellazione alla stampa senza cambiare software. Queste funzionalità altamente avanzate comunque sono appartententi ad un software non gratuito.
Questa applicazione anche se non dotata di una interfaccia grafica di effetto, è riconosciuta come una degli slicer più veloci attualmente sul mercato. L’interfaccia minima permette di mettere mano direttamente a molte impostazioni necessarie. Versione gratuira permette il passaggio alla versione a pagamento Pro che permette il supporto multi-estrusore e la stampa di più modelli contemporaneamente.
Client Software per la Stampa 3D
L’utlima categoria di software è quello necessario al controllo della stampante 3D. Serve per dare le istruzioni di stampa e per impostare la macchina che si intende utilizzare. Esistono client software open source e client software proprietari, ossia progettati esclusivamente per certi modelli di macchine.
Grazie a questa categoria di software è possibile controllare in termpo reale la stampa in corso, quindi avere un diretto controllo sulle sue modalità. Sarà quindi possibile mettere in pausa o bloccare una stampa, o modifcare altre caratteristiche in tempo reale come la temperatura del piatto o dell’estrusore, o persino modificare la velocità. In generale questi software possono essere molto utili se dotati di strumenti per la calibrazione della stampante, tenendo così sotto controllo la qualità e la riproducibilità delle stampe.
In questo caso la scelta del software è quasi obbligata dalla scelta della stampante 3D che disponete. In base alla stampante si potranno utilizzare software Client proprietari o open source.
I software open source più famosi sono:
- Repetier-Host
- Printrun
Comunque nella maggioranza dei casi non è necessario utilizzare questi software poichè moltissimi modelli di stampanti 3D possono leggere i file G-code direttamente da SD-card o da un pennetta USB. Questo permette di separare il processo di stampa in due contesti diversi e separati: uno davanti al PC a progettare modelli 3D ed uno davanti alle stampanti 3D. Questo molte volte fa comodo.
Conclusioni
Adesso che hai letto questo articolo avrai un pò più chiara la panoramica dei software attualmente in circolazione. Anche se le informazioni riportate in questo articolo non permettono di capire in quali funzionalità ogni software può eccellere rispetto agli altri, comunque ne vengono descritte le qualità essenziali. Infatti adesso ti sarà più chiaro quale software scegliere in base al tipo di modellazione che ti è più congeniale (parametrica, sculturale o solida).
Adesso che aspetti….comincia a scaricare il tuo software preferito!
Complimenti, una panoramica molto dettagliata.