Introduzione al sistema Atomizer
Un gruppo di ricerca guidato da Xavier Chermain, Giovanni Cocco, Cédric Zanni, Éric Garner, Pierre-Alexandre Hugron e Sylvain Lefebvre ha sviluppato Atomizer, una tecnica di slicing non planare studiata per migliorare la qualità superficiale e ridurre i tempi di stampa nella Fused Filament Fabrication (FFF). A differenza dei tradizionali software di slicing che suddividono il modello in strati orizzontali, Atomizer spezza l’oggetto in volumi tridimensionali detti “atomi”, ciascuno dotato di orientamento e posizione ottimizzati per definire percorsi di stampa più efficienti.
Segmentazione in “atomi” e pianificazione dei percorsi
L’algoritmo di Atomizer analizza la geometria del modello 3D e lo suddivide in unità atomiche di dimensione uniforme. Ogni atomo viene poi connesso a quelli confinanti in base alla vicinanza spaziale, generando una sequenza di lavorazione che riduce al minimo gli spostamenti a vuoto della testina. In pratica, anziché saltare costantemente da un punto all’altro del piano, la stampante segue un percorso continuo nell’intorno immediato degli atomi, limitando i tempi morti e le vibrazioni che possono compromettere la precisione.
Superfici più uniformi e riduzione dell’effetto scalino
Grazie ai percorsi non planari, Atomizer permette di tratteggiare superfici inclinate con curve continue, attenuando il cosiddetto “effetto scalino” tipico dei layer tradizionali. Le inversioni di direzione avvengono in modo graduale e controllato, così da garantire transizioni più dolci sui volumi coniche o sui dettagli obliqui, ottenendo finiture che si avvicinano a quelle di processi più complessi come la stereolitografia.
Prevenzione delle collisioni
Durante la generazione del codice di stampa, l’algoritmo valuta in anticipo ogni possibile interferenza tra l’ugello, il pezzo già depositato e gli assi della stampante. Col calcolo delle traiettorie in 3D, Atomizer esclude automatismi pericolosi, assicurando un flusso macchina privo di collisioni anche quando si lavora su superfici fortemente inclinate.
Adattamenti hardware: piattaforma inclinabile e più assi
L’implementazione richiede una stampante capace di variare l’inclinazione del piano di lavoro durante la stampa. Nel prototipo i ricercatori hanno modificato una RatRig V-Core 3.1 installando tre motori indipendenti per l’asse Z e un supporto articolato che permette alla basetta di piegarsi su più angoli. Il gruppo ha inoltre allungato il corpo dell’estrusore per evitare interferenze con le parti già stampate, mantenendo accessibili le aree sottostanti.
Confronto con lo slicing tradizionale
| Aspetto | Slicing planare | Atomizer non planare |
|---|---|---|
| Tempi di stampa | Standard | Fino al 20 % in meno |
| Qualità superfici | Scalini visibili | Curve uniformi |
| Percorsi a vuoto | Elevati | Ridotti |
| Complessità di implement. | Nessuna | Modifica asse e firmware |
| Rischio collisioni | Basso | Controllato dall’algoritmo |
Disponibilità e natura open-source
Atomizer viene distribuito sotto licenza open-source su GitHub, corredato di codice per il calcolo dei percorsi e di un’interfaccia base per configurare la segmentazione in atomi. Pur richiedendo una fase di apprendimento nella preparazione delle stampe e nella calibrazione del piano inclinabile, il progetto si presta a ulteriori sviluppi e a esperimenti su hardware non convenzionale.
Prospettive future
I ricercatori stanno esplorando:
- l’integrazione di strategie ibride che combinino initial layer planari e sezioni non planari solo dove servono;
- tecniche di controllo adattivo della velocità in funzione della curvatura degli atomi;
- estensioni per materiali caricati che richiedano traiettorie con vincoli termici.
Grazie all’approccio voxel-based e alla consapevolezza preventiva delle collisioni, Atomizer getta le basi per sistemi FFF in grado di affrontare volumi complessi con efficienza superiore rispetto ai metodi tradizionali basati esclusivamente su piani orizzontali.
