Obiettivo del progetto Minuteman
Jan Roetz, maker tedesco attivo su YouTube, ha intrapreso un percorso di sperimentazione per ridefinire i limiti di velocità della stampa 3D FFF (Fused Filament Fabrication). L’obiettivo dichiarato è riuscire a realizzare il noto modello di prova 3DBenchy in meno di due minuti, un traguardo che mette alla prova le barriere fisiche di qualsiasi macchina desktop. Dietro a questo esperimento non c’è un marchio commerciale, ma una serie di soluzioni ingegneristiche che potrebbero finire all’interno di una futura stampante ad alte prestazioni.
Sistema di estrusione quadruplo firmato BondTech
Al centro del primo prototipo si trova un gruppo di estrusori di BondTech, azienda specializzata in meccanismi ad alto rendimento. Invece di affidarsi a un singolo hot end, Roetz ha unito quattro estrusori ad ingranaggi – ciascuno in grado di spingere elevati volumi di materiale – per garantire un flusso continuo e costante. In questo modo, la quantità di filamento depositata non rappresenta più il collo di bottiglia, anche quando la velocità di estrusione supera i 200 mm³/s.
Piattaforma mobile e motorizzazione sincronizzata
Per compensare il peso e l’ingombro del gruppo estrusore, questo rimane fisso all’interno di una torre di supporto, mentre è il piano di stampa a muoversi lungo gli assi X e Y. Quattro motori brushless, montati agli angoli del telaio, gestiscono la posizione del piatto con movimenti rapidi e precisi, simili a quelli impiegati nei sistemi di aeromodellismo ad alta velocità. Sul fronte del controllo, Roetz ha impiegato elettronica open source di sb35systems per anticipare le variazioni di temperatura del gruppo termico, accendendo il riscaldatore con anticipo rispetto alle sezioni di G‑Code che richiedono una potenza maggiore.
Ottimizzazione del raffreddamento con getto circolare
In seguito alle prime stampe veloci, è emerso un difetto tipico: gli strati depositati non avevano tempo sufficiente per solidificarsi, provocando deformazioni e scorrimenti. La risposta è arrivata da un sistema di aerazione disegnato ad arte, con un ugello circolare che abbraccia completamente l’hot end e convoglia il flusso d’aria lungo 360 gradi. L’aeratore riesce a raffreddare il filamento in uscita fino a pochi secondi dopo l’estrusione, migliorando l’adesione di ciascun strato senza compromettere la velocità.
Introduzione del raffreddamento a ghiaccio secco
Per spingere ulteriormente le prestazioni, Roetz ha realizzato un circuito di ghiaccio secco in cui il flusso d’aria viene pre-raffreddato al di sotto dello zero. Il CO₂ solido, mantenuto in un contenitore termicamente isolato, sublima dirigendo aria saturata di freddo verso l’ugello circolare. In seguito all’installazione, la temperatura dell’aria di raffreddamento è scesa di oltre 20 °C, permettendo di completare un 3DBenchy in 2 minuti e 3 secondi con qualità accettabile sui dettagli più sottili.
Parametri di stampa e controllo termico predittivo
Oltre al raffreddamento, è stata rivista la strategia di slicing: sono state testate combinazioni di differenti temperature di estrusione e velocità di retrazione per bilanciare la fluidità del filamento con il tempo di raffreddamento. Per gestire i tempi di riscaldamento del blocco termico, che non può variare in modo istantaneo, Roetz si affida a uno script open source di sb35systems in grado di calcolare in anticipo i picchi di richiesta termica e di preattivare il riscaldatore nei segmenti di G‑Code che lo richiedono.
Prospettive di evoluzione
Il traguardo di un 3DBenchy in meno di un minuto richiederà ulteriori modifiche: sono allo studio soluzioni per ridurre il calore disperso durante l’estrusione, migliorare la coerenza del piatto riscaldato e affinare l’aerazione mediante l’impiego di ventole centrifughe ad altissima portata. Roetz annuncia di voler presentare presto un sistema di distribuzione del materiale ancora più rapido, forse basato su estrusori a scorrimento lineare, e di voler integrare sensori di temperatura lungo tutto il flusso per un controllo in tempo reale più granulare.
