La Termodinamica della corrosione

Pubblicato il Maggio 17, 2024 da Giovanni

Dopo aver visto gli accenni di elettrochimica andiamo ad approfondire uno dei 2 aspetti della chimica della corrosione, ovvero la termodinamica di corrosione.
Questo aspetto è quello che risponde alla domanda : “può avvenire spontaneamente?”
Da qui la situazione diventerà molto tecnica e spero di far comunque trasparire qualcosa di interessante.

Iniziamo

I metalli e gli elettrodi di riferimento

Abbiamo visto la reazione anodica, ovvero gli elettroni vanno via e gli ioni metallici di disciolgono in una soluzione. Questa è una reazione di equilibrio e questo implica che prima dell’equilibrio (ovvero prima che il metallo smetta di sciogliersi), tra il metallo e la soluzione c’è una differenza di potenziale che fa avvenire la reazione. Questa differenza di energia non è misurabile, ma come abbiamo visto è possibile misurare la differenza di potenziale tra un anodo e un catodo.

Singolo elettrodo immerso in una soluzione

Quindi è necessario utilizzare un riferimento e quello più utilizzato è l’idrogeno utilizzato in questo modo.

Elettrodo di riferimento SHE utilizzato per avere un riferimento per la termodinamica di corrosine — Elettrodo di riferimento SHE

Si considera quindi il potenziale dell’elettrodo SHE come zero e da qui tramite esperimenti è possibile creare una scala di potenziali per ogni reazione di riduzione. ATTENZIONE: questa scala è la scala dei poteziali di RIDUZIONE, ovvero nella formula chimica la direzione di formazione dei metalli solidi.

Scala dei potenziali di riduzione standard rispetto all'elettrodo SHE — Scala dei potenziali di riduzione standard rispetto all’elettrodo SHE

Vediamo infatti che dal lato dei metalli catodici troviamo tutti i metalli che si trovano allo stato metallico in natura, mentre dall’altro lato tutti i metalli che troviamo in forma di ossidi. Notiamo inoltre che il potenziale da un lato e l’altro cambia di segno.

Forza elettromotrice di cella galvanica

Data questa tabella allora possiamo capire i potenziali di cella, ovvero l’energia “accumulata tra 2 elettrodi” sottoforma di potenziale elettrico. Vediamo alcuni esempi:

Esempio di calcolo di potenziale di cella

in generale per una cella non in condizioni standard s utilizza l’equazione di NERNST

Equazione di Nernst che gestisce la termodinamica di corrosione — Equazione di Nernst

Vediamo che non è altro che un fattore correttivo delle condizioni standard. Il valore di 0,0591 è dato dalla moltiplicazione dei valori di (RT/F) * ln/LOG
E osserviamo una cosa importantissima, ovvero che le attività non sono strettamente dipendenti dalle reazioni in corso, ma dalle concentrazioni. Infatti è possibile avere una cella galvanica composta con 2 elettrodi dello stesso materiale ma con concentrazioni diverse.
Il processo della cella a concentrazione lo ritroviamo in moltissimi processi corrosivi, principalmente la concentrazione che varia è quella di ossigeno.

Stabilità termodinamica dell’acqua

Abbiamo visto appunto che i processi catodici sono dati dall’acqua, ovvero dipendono dalle concentrazioni di ioni H nell’acqua (pH) e di ioni OH (pOH). Quindi svolgendo le equazioni di Nernst in funzione del pH otteniamo il “campo di esistenza dell’acqua”. Ovvero a quale potenziale e quale pH troviamo acqua stabile, dove l’acqua si ossida (sviluppo ossigeno) o dove l’acqua si riduce (sviluppo idrogeno).
Queste reazioni vanno a formare le due linee più importanti per la termodinamica di corrosione sul diagramma di Pourbaix che vedremo dopo.

Equazioni di equilibrio termodinamica dell'acqua — Equazioni di equilibrio termodinamica dell’acqua

Diagramma di Pourbaix con le equazioni e le reazioni di equilibrio termodinamica dell'acqua, base della termodinamica di corrosione — Diagramma di Pourbaix con le equazioni e le reazioni di equilibrio termodinamica dell’acqua

Come abbiamo visto i metalli vanno in corrosione solo se esiste un potenziale catodico maggiore di un potenziale anodico. Dato che le reazioni avvengono con l’acqua vediamo che:

In ambiente acido non areato (senza O2) ossidano i metalli con potenziale di riduzione minore di 0 V
In ambiente acido areato (con O2) tutti i metalli con potenziale di riduzione inferiore a 1,23 V
In ambiente neutro non areato (senza o2) ossidano i metalli con potenziale di riduzione minore di -0.41 V
In ambiente neutro areato (con O2) tutti i metalli con potenziale di riduzione inferiore a 0.82 V
In ambiente basico non areato (senza O2) tutti i metalli con potenziale di riduzione inferiore a -0.83V
In ambiente basico areato (con O2) tutti i metalli con potenziale di riduzione inferiore a +0.40 V

come si corrodono i vari metalli a seconda delle equazioni termodinamiche dell'acqua

Diagrammi di Pourbaix

Possiamo ora con lo stesso procedimento sul grafico creare le rette di esistenza di una determinata specie chimica rispetto ad un’altra (equilibrio metallo-ione metallico, equilibrio ione metallico – idrossido, equilibrio metallo idrossido) e sovrapporla al grafico di esistenza dell’acqua. Questo tipo di diagrammi è uno dei pilastri fondanti su cui si basa la termodinamica di corrosione.
Otteniamo circa un diagramma di questo tipo.

Principalmente appunto otteniamo 3 zone:

rosso: corrosione
verde : passivazione
blu: immunità

In realtà c’è un problema nella passivazione, ovvero il grafico di Pourbaix non ci da indicazioni riguardanti la qualità della passivazione, quindi non è sicuro che effettivamente ci sia un ossido passivante o un idrossido passivante, ma segna solo la formazione di ossidi e idrossidi.
Vediamo qualche esempio

Esempio di diagramma di Pourbaix per lo zinco

Esempio di diagramma di Pourbaix per lo ferro — Esempio di diagramma di Pourbaix per il ferro

In nessuno di questi 2 casi c’è l’immunità, e infatti entrambi (sia zinco che ferro) non sono presenti in forma metallica in natura e entrambi sono soggetti a corrosione in qualsiasi circostanza in cui esiste l’acqua.
Le zone di immunità in realtà generano idrogeno che può intossicare i metalli (vedasi idrogeno e acciaio)

In questo caso vediamo rame e oro che esistono metallici in natura e che, in particolare l’oro vediamo che è immune in qualsiasi condizione.
Per quanto riguarda la termodinamica di corrosione è tutto.

Anche per oggi è finisce qui. Per rimanere aggiornati pigia qui, per altri articoli, anche quelli della serie “la corrosione”, pigia quii!!

La corrosione, un processo inarrestabile

Pubblicato il Maggio 15, 2024 da Giovanni

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La corrosione è un processo naturale e inarrestabile che consuma i metalli e ne diminuisce le caratteristiche tecniche. Questo articolo (che per me sarà un ripasso generale hehe) parlerà della chimica di questo processo e di come provare a limitarlo.

Introduzione alla corrosione

Ognuno di noi ha visto almeno una volta un pezzo di acciaio arrugginito e si è domandato: “ma che è successo e perché questo acciaio è arruginito e quest’altro no?”.
Innanzitutto, cos’è la corrosione?
detta in poche parole è un processo chimico che comporta in consumo di un metallo, e viene definito anche come anti-metallurgia.
I processi corrosivi come vedremo sono “termodinamicamente favoriti” per la maggior parte dei metalli.
Infatti pochissimi metalli si trovano in natura allo stato metallico mentre la maggior parte di loro si trova sottoforma di ossidi (vedi per esempio il ferro) o sottoforma di sali (vedi per esempio il litio).

Questo è dovuto appunto alla termodinamica, in particolare alla legge del “gli elementi vogliono avere il livello di energia più basso possibile”
Per poter comprendere al meglio i processi di corrosione facciamo un bel ripassino di elettrochimica.

Il processo come scritto nel titolo è inarrestabile, ma controllabile. Infatti è possibile ridurre i danni innanzitutto progettando in maniera cosciente e soprattutto prescrivendo un monitoraggio e una manutenzione adeguata

L’elettrochimica della corrosione

Quando parliamo di corrosione la chimica fa riferimento alla cella elettrolitica, ovvero sostanzialmente alle batterie.

Ma partiamo dal concetto di energia libera di reazione, ovvero un parametro che ci dice se la reazione è spontanea (quindi l’energia dei prodotto è inferiore all’energia dei reagenti) o se ha bisogno di energia per essere sviluppata.

energia libera di gibbs per la cella di corrosione — energia libera di Gibbs

detto ciò vogliamo portare questa energia da un concetto teorico ad un concetto pratico. Ricordiamo quindi che la variazione di energia è un lavoro, come quello del lavoro elettrico. Infatti esiste una relazione tra la variazione di energia libera di Gibbs e il lavoro elettrico.
Inoltre abbiamo visto appunto l’applicazione per una generica reazione chimica, ma in corrosione si parla principalmente di forme ridotte e forme ossidate di un metallo.
Piccolo reminder per tutti i chimici all’ascolto, forma ossidata non vuol dire che ci sia un ossigeno attaccato, ma semplicemente che l’elemento ha “perso elettroni”, al contrario forma ridotta vuol dire che l’elemento ha “guadagnato elettroni”

energia libera vs lavoro elettrico corrosione — Energia libera vs Lavoro Elettrico

Con queste conoscenze acquisite ora possiamo calcolare il potenziale teorico di una cella elettrochimica

La cella elettrochimica

Vediamo che nella cella avvengono 2 reazioni su 2 metalli differenti.
L’anodo è il metallo che si consuma (il metallo si discioglie come ione perché perde elettroni) mentre il catodo è la “sede della reazione catodica”, ovvero una reazione che consuma gli elettroni prodotti dall’anodo. Nella teoria abbiamo la “deposizione” dello ione metallico sul catodo. Questo processo può avvenire e viene usato appunto per galvanizzare dei pezzi (per esempio i pezzi cromati sono fatti in questo modo). Nel campo della corrosione invece i processi catodici molto raramente sono di deposizione del metallo, ma visto l’ambiente ricco di acqua saranno i processi di riduzione dell’ossigeno e di formazione idrogeno dalla soluzione.

Principali reazioni catodiche di corrosione — Principali reazioni catodiche

Lo schema del processo corrosivo

Elementi fondamentali della corrosione — Cerchio dei 4 elementi della corrosione

Il processo di corrosione inoltre ha altri 2 componenti, ovvero i 2 conduttori. Questi sono quelli che permettono il passaggio di elettroni dall’anodo al catodo.
Se non ci fosse questo spostamento di elettroni da un metallo ad un altro non ci sarebbe corrosione perché appunto il metallo dell’anodo non perderebbe elettroni e quindi non perderebbe ioni metallici nella soluzione.

La corrosione, i fattori che la guidano

Fino ad adesso abbiamo visto la chimica dietro la corrosione, ma appunto è un processo complesso e guidato da innumerevoli fattori tra cui i principali sono i metalli e l’ambiente.
Abbiamo visto fino ad adesso la chimica tra 2 metalli, ma se avete fatto caso nell’equazione di Gibbs è segnata l’attività, e l’attività dell’ossigeno è la sua pressione parziale sul pezzo. Questo implica purtroppo che non solo c’è corrosione tra un anodo di un metallo e un catodo di un altro, ma zone dello stesso materiale a seconda dell’esposizione si possono comportare come anodo o come catodo rispetto ad un altra.

Per oggi è tutto, questa sarà una nuova serie e qui troverete le altre parti. Mentre per le novità cliccate qui!!
Alla Prossima.

Le basi del CAD: Le sezioni e i tagli

Pubblicato il Aprile 19, 2024 da Giovanni

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Ora che abbiamo la capacità e la conoscenza delle viste e delle linee, vediamo le sezioni e i tagli.
Queste sono un tipo particolare di proiezioni che ci permettono di vedere all’interno di un pezzo.
L’idea è quella di tagliare la componente per poter vedere alcuni dettagli che nella realtà non si potrebbero mai vedere.
Le viste generate con questa procedura devono comunque rispettare le regole delle proiezioni
Questo permette di rispettare la regola d’oro del disegno, ovvero quella di fare un disegno UNIVOCO e facile da leggere.

Esempio di un oggetto sezionato — Esempio di oggetto tagliato

La necessità delle sezioni e i tagli

Come detto nell’introduzione le sezioni semplificano la visualizzazione di un pezzo, ma quali sono i casi in cui bisogna inserire delle sezioni?
In tutti i casi in cui c’è una geometria all’interno del pezzo che non è chiara.
Vediamo ad esempio l’immagine sopra. Senza la sezione non ci sarebbe modo di distinguere se il foro sia passante o meno. Oppure non potremmo sapere che sullo spallamento del foro centrale ci sia un raccordo di raggio 3.
Questo è il motivo per cui andiamo a fare questi “tagli” nella materia. Ricordiamoci però che è solo un taglio teorico, mettendo una sezione in un disegno non andiamo a chiedere alla fabbrica di tagliare il pezzo!!

I vari tipi di sezione

Secondo normativa ci sono molti tipi di sezione possibili:

Vista in sezione
Vista in semisezione
Vista in sezione su piani diversi (sfalsati)
Sezioni parziali o a strappo
Sezioni in vicinanza
Sezioni ribaltate in loco

A seconda delle singole necessità del disegno quindi si hanno più opzioni.

Anatomia della sezione o del taglio

Per poter leggere un disegno bisogna saper individuare quali sono le sezioni e come leggerle, quindi partiamo da come sono fatte le sezioni e i tagli.

Visualizzazione del piano di taglio o sezione — Piano di sezione

Piano di sezione: Il piano di sezione è il piano immaginario che “taglia” l’oggetto in 2 parti
Sezione: è l’area “trapassata dalla lama” durante il taglio, o in termini tecnici “tutto ciò che giace sul piano di sezione”. La sezione è evidenziata dalla “campitura”, ovvero quel tratteggio a obliquo.
Taglio: Il taglio è la sezione sommata alle “linee di fondo”, ovvero tutte le linee che si vedono dopo il taglio dell’oggetto.

anatomia di un taglio — Anatomia di un taglio

Nei disegni la maggior parte delle volte vedremo il taglio, ovvero la sezione + le linee di fondo.
L’eccezione che conferma la regola per eccellenza sono le sezioni ribaltate in loco tipiche dei disegni di albero (in meccanica albero=elemento che trasmette moto rotatorio).

Albero con sezioni ribaltate in loco — Esempio di sezione senza taglio

Le tipologie di taglio

Vediamo ora una ad una le varie tipologie di taglio o sezione e qualche esempio di applicazione

Vista in sezione

La vista in sezione, come dice il nome, è un’intera proiezione dedicata alla sezione e si prende la sezione dell’intero pezzo.
Il punto di taglio viene indicato da una linea tratto punto (qui sostituita da una linea continua viola) con le estremità più spesse.
Alle stesse estremità viene riportato il nome della sezione seguito da una freccia che indica quale lato del taglio stiamo rappresentando.
Questo tipo di sezione si utilizza principalmente per pezzi non troppo complessi e con magari un singolo elemento caratteristico da evidenziare (vedi esempio qui sopra).

Viste in semisezione

Questa particolare rappresentazione è estremamente utile nel caso di oggetti simmetrici. Come vediamo dall’esempio la rappresentazione in semisezione ci permette di rappresentare nello spazio di un singolo disegno, sia la parte interna che la parte esterna. Mi raccomando però: e valido SOLO per oggetti SIMMETRICI e solo lungo l’asse di simmetria dell’oggetto.

Sezione su piani sfalsati

Sezioni a piani sfalsati — Sezione a piani sfalsati

Molto interessante questo tipo di vista perché permette di mettere i evidenza 2 diversi particolari facenti parti dello stesso pezzo che però non sono allineati. Vediamo infatti 2 esempi (sopra a piani paralleli e sotto a piani posti ad un certo angolo tra loro)

Esempio di sezione a piani sfalsati su un angolo

Sezioni parziali o a strappo

Esempio di sezione parziali o a strappo — Esempio di sezioni a strappo

Questo caso permette di risparmiare lo spazio di un intera vista e di ottenere le informazioni necessarie riguardo un dettaglio in un solo disegno nonostante questo in una vista normale risulti nascosto. Vediamo ad esempio il secondo disegno: possiamo chiaramente vedere che si tratta di una sorta di tappo su cui fondo è stato fatto un foro cieco e sulla testa una svasatura. Tutto questo sarebbe stato sicuramente visibile o facendo 3 viste (2 per i lati e la principale) o facendo una vista e una sezione. Questo metodo ci ha permesso di risparmiare dello spazio e sicuramente anche del tempo. Inoltre la lettura è immediata e semplice.

Sezioni in vicinanza

Sezione in vicinanza — Esempio di sezione posta in vicinanza

Questo tipo di sezione serve ad evidenziare la sezione di un elemento lungo o a evidenziare un singolo dettaglio su un elemento. Può essere utile per par capire come è fatta una determinata struttura (piena, vuota, aperta, chiusa ecc. ). Questa applicazione è molto utilizzata per gli alberi e permette di vedere i dettagli sulla sezione degli alberi e di visualizzare e avere dati su eventuali scanalature o sedi per chiavette.

Esempio di albero con sezioni nelle vicinanze — Albero con sezioni nelle vicinanze

Sezioni ribaltate in loco

Questa tipologia di sezione è l’alternativa alla precedente. Anche se poco usata rende molto chiaro com’è fatta la sezione di un determinato elemento. Bisogna fare molta attenzione ad utilizzare questa metodologia perchè tende a rendere il disegno più confusionario.

Anche per oggi è finito l’articolo e abbiamo visto tutte le potenzialità di usare le sezioni e i tagli in un disegno tecnico. Per vedere altri articoli sul CAD clicca qui. Per le novità invece qui.

Creality K2 Plus, la nuova stampante multi-filamento

Pubblicato il Aprile 16, 2024 da Giovanni

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Stamattina mi sono svegliato con la notizia che la Creality, casa madre della nostra amata Ender 3, ha svelato la sua ultima creazione che la fionda nel mercato di Bamboo Lab.
La nuova creazione di casa Creality e quella che vedete qui sopra e il sistema non è in realtà nulla di nuovo.

Le caratteristiche della stampante

Vediamo infatti una stampante a camera chiusa, ma con la possibilità di controllare la temperatura della camera. Questa impostazione è ottima per avere una qualità di stampa maggiore e soprattutto per poter gestire dei filamenti particolari come il PET e L’ABS.

Abbiamo inoltre i classici optional di una stampante di alto livello come l’auto-livellamento e un meccanismo di estrusione avanzato.
Vediamo anche un sistema di telecamere integrato alla stampante e che molto probabilmente verrà supportato tramite un sistema di AI.

Altra caratteristica interessante è il volume di stampa di 350 mm³, ottimo per stampe più complesse e avanzate.

E infine il modulo Creality Filament System (CFS) che, come per la Bamboo Lab, funziona tramite un modulo RFID per riconoscere colore e materiale da stampare.
Attualmente non è possibile utilizzare i filamenti di Bamboo Lab, ma mamma Creality metterà a mercato una sua gamma di filamenti che, oltre ai colori, spaziano dal PLA all’ABS.

I nuovi scanner di Creality

Un’altra uscita interessante associata al 10′ anniversario di Creality saranno sicuramente i nuovi scan ottici (CR-scan Raptor) che unisce tecnologia laser e ottica per ottenere scansioni di altissima qualità e dettaglio. Soprattuto permetterà di integrare alla scansione non solo la forma ma anche il colore.
Più abbordabile (anche se non molto) anche il CR-Scan Otter che ancora permette di codificare il colore tramite 4 fotocamere.
Questi scanner permetteranno di studiare e progettare le vostre stampe a colori e a migliorare la qualità generale di stampa grazie all’altissima precisione (0,02 mm di di dettaglio)

Conclusioni

Questa nuova stampante non sarà sicuramente la rivoluzione della stampa 3D, ma visto i precedenti di casa Creality potrebbe portare la tecnologia del multifilamento alla portata di tutti.

Vista la filosofia open-source dell’azienda, la comunity potrebbe trovare modi innovativi per utilizzare il CFS sia con la stampante originale che con altre stampanti e filamenti non originali.
Io sono molto fiducioso sulla tecnologia open-source e soprattuto mi incuriosisce l’implementazione dell’AI nella stampa 3D. Non è stato chiarito come verrà utilizzata, ma potrebbe essere un rilevamento per evitare le failed print o ancora più bello sarebbe un’implementazione di correzione della stampa.

Mi sono sentito di scrivere questo articolo nell’emozione di aver scoperto una nuova uscita di Creality che già ci ha regalato belle macchine a prezzi abbordabili.

Se vuoi vedere altri articoli sulla stampa 3D pigia qui, mentre per le nuove uscite qui.

Fonti:

www.stamparein3d.it
www.tomshw.it
www.creality3dofficial.eu

La magia del taglio laser

Pubblicato il Aprile 12, 2024 da Giovanni

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Il taglio laser è un processo di lavorazione che utilizza un raggio di luce concentrata per tagliare materiali come metalli, legno, plastica e tessuti. Il raggio laser viene generato da una sorgente di luce un po’ particolare. Questo fascio di luce viene guidato attraverso una serie di specchi e lenti per concentrarlo su un punto preciso sulla superficie del materiale da tagliare. Il calore generato dal raggio laser scalda il materiale fino a quando non si vaporizza o si fonde, consentendo di tagliare attraverso di esso.

Utilizzare una macchina laser presenta numerosi vantaggi rispetto ai metodi di taglio tradizionali come il taglio meccanico o la troncatura.

I vantaggi

Precisione: consente di tagliare con estrema precisione, con tolleranze spesso inferiori a 0,1 mm.
Velocità: Il taglio laser può essere molto veloce, con alcune macchine in grado di tagliare centinaia di metri al minuto.
Versatilità: Il taglio laser può essere utilizzato per tagliare una vasta gamma di materiali, tra cui metalli, legno, plastica e tessuti, con un solo sistema.
Qualità del taglio: Il taglio laser produce bordi puliti e precisi, senza sbavature o deformazioni.
Automazione: la taglierina laser può essere controllato da un computer, consentendo un’elevata automazione del processo di produzione.

Il taglio laser viene utilizzato in una varietà di settori, tra cui l’ingegneria meccanica, l’edilizia, l’automotive, l’elettronica, l’arredamento e l’abbigliamento, senza parlare per le applicazioni per gli utenti domestici!!

Infatti per gli utenti domestici ormai esistono molteplici applicazioni, per esempio io l’ho utilizzato per decorare i barattoli delle spezie e per creare una luce da notte a mo’ di ologramma.

Gli svantaggi

I laser però presentano alcuni limiti rispetto ad altri metodi di taglio. Tra questi limiti ci sono:

Costo: Le macchine per il taglio laser possono essere costose, sia in termini di acquisto che di manutenzione.
Materiali: Alcuni materiali come il vetro o ceramiche sono difficili da tagliare con il laser a causa della loro alta resistenza al calore e alla loro alta densità.
Spessore del materiale: Il taglio laser è più efficace su materiali sottili, poiché il raggio laser può perdere potenza quando attraversa materiali spessi.
Emissioni: può produrre emissioni come fumi e polveri, che possono essere dannose per la salute umana e l’ambiente.
Sicurezza: Il taglio laser è un rischio per la sicurezza se non viene utilizzato correttamente, poiché il raggio laser può causare lesioni agli occhi e alla pelle.

un DPI per il taglio laser — Occhiali protezione per il taglio laser

In generale, il taglio laser è un metodo preciso e versatile. Richiede un’adeguata informazione e attrezzature per garantire la vostra sicurezza e la qualità del prodotto finale. Inoltre, per determinati materiali o spessori, può essere più conveniente utilizzare altre tecnologie di taglio, ma per noi che siamo amatoriali, la tecnologia ci apre infinite porte!!.

Le applicazioni per noi stampatori

Le applicazioni per noi stampatori
Tutto bene, ma a noi cosa interessa di questa tecnologia così innovativa?

Bhe, le incisioni ci permettono di personalizzare oggetti preesistenti, sia stampati che non.
Mentre tramite il taglio possiamo preparare dei progetti con materiali che per uno stampatore potrebbero essere più difficilmente accessibili come legno, plexiglass e altri materiali in forma di laminato (spessori e materiali sonno limitati dalla potenza e, anche se non si direbbe, il COLORE del raggio).

Per esempio possiamo fare dei portapenne in legno, risparmiando tempo, materiale e pazienza!!!
Nei prossimi articoli approfondiremo il funzionamento, la fisica e come interagisce il laser sui vari materiali

E anche per oggi è tutto, rimani aggiornato sulle novità in uscita qui.

Le basi del CAD : Le linee e il foglio

Pubblicato il Aprile 10, 2024 da Giovanni

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esempio di disegno CAD — Disegno di un motore. si possono vedere le varie tipologie di linea

Introduzione sulle linee

Sembra un’idiozia, ma il punto centrale di un disegno sono le linee. Senza la conoscenza sul significato delle linee (spessori e forme) non è possibile leggere e tantomeno fare un disegno meccanico in CAD. Anche per questo aspetto del disegno degli ingegneri pignoli hanno fatto una normativa piuttosto stringente, infatti c’è una norma che spiega anche come piegare il foglio di un disegno!!.
In questo breve articolo parleremo di questi 2 aspetti del disegno tecnico e spero di renderlo meno noioso di quanto lo sia effettivamente.

Lo spessore e la forma delle linee

Facendo riferimento alla norma UNI EN ISO 128-20 (questo è il link per l’acquisto della norma. Purtroppo le fonti ufficiali costano nonostante dovrebbero essere di libero utilizzo secondo il mio parere) Vediamo la normativa sullo spessore.

Schema sullo spessore delle linee — Tabella per la matita da scegliere e lo spessore delle linee

Ovviamente si parte da qui, ovvero dal disegno a mano in cui lo spessore è dettato dalla matita utilizzata. Nonostante sembri un metodo antiquato, per partire a disegnare da zero è il metodo più economico.
Da norma ci sono gli “spessori unificati” ovvero gli spessori accettati nel disegno; ovviamente questi si possono applicare in maniera uniforme solo nel disegno CAD.

tabella dello spessore delle linee normate. — Spessori di linee normate

Questi spessori sono in rapporto 1/sqrt(2) ed è necessario scegliere almeno 3 spessori in rapporto 1:2:4 tra loro.
Per esempio possiamo scegliere 0,25 , 0,5 e 1 per gli spessori fine, grossa ed extra grossa
Ogni spessore ha poi un significato geometrico sulla geometria che si disegna.

Un altro passaggio importante per quanto riguarda le linee è la forma. Sempre da normativa ci sono 4 definizioni di forma importanti:
-linea continua ——————
-linea tratteggiata – – – – – – – – – – –
-linea tratto lungo-tratto corto o tratto-punto — – — – — – — – — –
-linea tratto lungo-2 tratti corti o tratto- due punti — – – — – – — – – — – – —

Gli utilizzi delle linee

Qui c’è un’enorme tabellone delle linee da utilizzare e in quali occasioni:

Linea continua
fine	grossa
linee di riferimeto e richiamo	Spigoli e contorni in vista
campitura di sezioni	Diametri nominali
spigoli fittizzi in vista	Linee di cambio di giacitura
contorno di sezione locale	linee di interruzione di filettature
assi di simmetria brevi
linea di madrevite o vite
diagonale di superfici piane
linee di piega
contorno di viste ingrandite
linee di interruzione

Linea a tratti fine
Solo utilizzati per gli spigoli nascosti

Linea tratto punto
fine	grossa
Assi di simmetria	Superficie a prescrizione particolari
Piani di simmetria	Estremità delle sezioni di taglio
Linee primitive
Circonferenze primitive
Tracce di piani di taglio

Questi sono i casi principali, ovviamente ci sono delle prescrizioni da normativa che non sono segnate qui, ma è solo la base per poter leggere e fare un disegno.
Inoltre c’è una gerarchia delle linee quando si sovrappongono che in realtà è molto intuitiva

continua grossa
a tratti grossa
mista fine o grossa
mista fine
mista fine a tratto lungo / due punti
continua fine

Il foglio

Questo paragrafo è più una curiosità che una cosa tecnica, ma anche questa sezione del disegno è super normata.
Partiamo intanto dalle dimensioni innanzitutto del foglio

Noi siamo abituati al nostro foglio A4 da stampante, ma le proporzioni sono circa del “il lato corto del successivo è la metà del lato lungo del precedente”.

Inoltre da normativa abbiamo il margine che varia al variare della dimensione del foglio e bisogna avere una zona informazioni detta cartiglio.

La dimensione del cartiglio è uguale per tutte le dimensioni del foglio ed è di larghezza 210mm e di altezza variabile (dipende molto dalla distinta pezzi, ovvero la lista di tutte le componenti di un disegno)

Un buon progetto dovrebbe avere 3 gruppi di disegni, ovvero il disegno di assieme e l’esploso (l’esploso è il disegno che fa vedere come si monta il componente meccanico).In questa sezione troviamo quindi la distinta pezzi. Una cosa importante: NELLA DISTINTA PEZZI VANNO MESSE ANCHE TUTTE LE VITI E GLI ORGANI DI COLLEGAMENTO.
I disegni delle singole componenti numerati da riportare poi nella distinta pezzi, e alla fine i se necessario i documenti di produzione con i passaggi.(diciamo che l’ultima parte è per chi produce effettivamente il pezzo e tendenzialmente non sarai te a dover produrre questo tipo di documentazione)

Ma come si piega il foglio?

Ok, parte meme ma non troppo dell’articolo. come vanno piegati i fogli?
Secondo normativa quando piego il foglio il cartiglio deve essere la prima cosa che si vede a foglio piegato.

Anche per oggi finisce qui. Se vuoi continuare a vedere gli altri articoli sul CAD clicca qui, mentre se vuoi vedere gli articoli nuovi qui

Stampa 3D e Microfusione

Pubblicato il Aprile 9, 2024 da Giovanni

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Esempio di stampa dei cluster per la microfusione — Cluster per microfusione stampato in 3D

Una domanda che ogni maker si è posto almeno una volta nella vita è : “Tutto bello eh, ma posso farlo di metallo?”. La risposta è sì tramite la Stampa 3D a resina e la microfusione, e il mondo della gioielleria e non solo ne è ben consapevole.
Questo processo di microfusione è il modo in cui non solo vengono fatti i gioielli, ma anche delle componenti meccaniche con geometrie molto complesse.
Se avete un po’ di familiarità con la metallurgia magari avrete visto come si fanno le colate in terra (associo un link per la curiosità) e il processo di microfusione è l’evoluzione di questo processo.

La microfusione: il processo

Il processo di microfusione è un processo di metallurgia detto “a forma persa” come la formatura in terra. Ovvero una volta fatta la colata io vado a perdere la matrice che l’ha generata.
Il processo è come fare una fotografia di metallo ad un oggetto.
Ma come funziona?

Formatura della cera

Si parte dalla “cera” che non è quella della candela, ma una cera apposita che si scioglie ad una temperatura maggiore di quella ambiente ma ad una temperatura molto inferiore a quella del metallo fuso. Per essere precisi ad una temperatura inferiore a quella di sinterizzazione (indurimento) della scorza che faremo attorno alla cera.

Artigiano che intaglia un anello in cera per microfusione — Artigiano che intaglia un anello in cera

Si dà una forma alla cera per grandi produzioni la si inietta in una forma come per il processo di plastica ad iniezione.
Tradizionalmente è un’operazione svolta artigianalmente.
In seguito si monta una certa quantità di oggetti su un “albero”, anche di forma e dimensioni diverse. Questo albero sarà il negativo del canale di colata principale e unirà tutti i pezzi e come materozza.
In questa fase vanno inseriti anche i canali secondari che permettono all’aria di uscire e permettono al metallo di raggiungere tutti i punti della forma.

Montaggio di elementi su tronco per microfusione — Montaggio di elementi sul tronco per la formatura dell’albero

La scorza ceramica e la cottura

E ora come per una fotografia vogliamo il negativo della nostra pianta di oggetti.
Si riveste quindi l’albero con uno slug, ovvero una melma ceramica fatta principalmente di 3 parti. Una parte ceramica resistente al calore in polvere in emulsione in un liquido volatile e un collante.
E qui si fa come le cotolette e impaniamo nella ceramica il nostro albero.
Si vuole fare molti strati e questi strati vanno studiati in maniera tale da:

Mantenere una qualità superficiale molto elevata, quindi le prime n “pucciate” nella melma le voglio in uno slug molto liquido e con delle particelle ceramiche estremamente fini.
Avere una struttura solida, quindi i prossimi n passaggi saranno in uno slug con particelle di ceramiche sempre più grandi fino ad ottenere una scorza solida e stabile meccanicamente.

Tutti i passaggi sono intervallati da una sosta in una zona ventilata per far aderire le polveri e far evaporare la parte volatile.

Infine si mette questo albero di cera impanato nella ceramica in un forno a temperatura di sinterizzazione. In questa sede abbiamo l’evaporazione della parte volatile dello slug e lo scioglimento della cera. In questo modo la ceramica all’esterno si indurisce e diventa il contenitore in cui andremo a colare il metallo fuso.

Processo di microfusione in singoli passaggi — Processo di microfusione riassunto in una immagine

Come si lega la Microfusione con la Stampa 3D?

E ora Giovanni? Ci hai fatto una super-pippa sulla microfusione, ma siamo su un blog di stampa 3D, cosa lega tra loro la stampa 3D e la microfusione?
In realtà c’è un passaggio molto interessante per noi, infatti la parte di formatura della cera ha una terza opzione, ovvero la stampa 3D!!
Infatti esistono delle resine che ci permettono di stampare la “cera” necessaria alla formatura degli oggetti e, buona notizia per tutti, COSTA POCO.
La gioielleria infatti per avere una certa ripetibilità, ma comunque contenuti limitati, sceglie questa opzione.
Il vantaggio è che non è necessario progettare il posizionamento sul tronco a posteriori ma viene creato un cluster direttamente e il processo è altamente ripetibile senza dover fare uno stampo metallico molto costoso.
Anche per oggi è tutto. Per leggere gli ultimi articoli clicca qui e ci vediamo al prossimo articolo!!

Le basi del CAD: Le proiezioni

Pubblicato il Aprile 5, 2024 da Giovanni

Piccola premessa, per capire le basi di proiezioni ortogonali il cammino è lunghetto e servono un saccottino di immagini.

Scomposizione in facce di un generico solido

Di cosa si sta parlando?

Magari incubo delle medie di alcuni di voi, magari sogno di altri, nel disegno tecnico le basi di proiezioni ortogonali sono la chiave per capire il CAD.
Le proiezioni ortogonali sono il metodo in cui si è comunemente deciso di rappresentare degli oggetti in 3 dimensioni su carta. Quello che magari non tutti sanno è che ci sono parecchie regole (Normativa UNI EN ISO 5456 1/2 per chi volesse cercarla ) da rispettare per fare in modo che chiunque prenda in mano un disegno sia in grado di capire cosa vogliamo comunicare.
E io con la scusa di ripassare per l’esame di disegno di macchine vi accompagnerò con la serie “Le basi del CAD” attraverso le normative di disegno.

I diversi tipi di proiezione ortogonale

Bene, abbiamo il nostro progetto in mente e vogliamo metterlo su carta per farcelo fare dal signor Pinko Pallo. Come facciamo?
La realtà è che prima dobbiamo metterci d’accordo con lui su quale chiave di lettura usare.
La prima differenza si trova nel tipo di proiezione: utilizziamo delle proiezioni centrali o parallele?

Fa vedere la differenza tra proiezioni centrali e proiezioni parallele — Proiezioni centrali a sinistra e paralelle a destra

Le proiezioni centrali

Le proiezioni centrali sono le viste prospettiche, ovvero quelle che farebbe una macchina fotografica che fa una foto da un singolo punto, o, ancora meglio, è quello che vediamo noi guardando il mondo.
Questo tipo di vista ci da il senso di tridimensionalità e il senso degli spazi
Bene, sembra una scelta ottima no? NO.
Il motivo nonostante sia letteralmente sotto gli occhi di tutti non è scontato, infatti questo tipo di proiezione distorce dimensioni e forme.

esempio di proiezioni centrale nell'arte per far vedere le falle della proiezione centrale — esempio di proiezioni centrali nell’arte

Guardiamo questo dipinto ad esempio, i palazzi sono più bassi delle colonne? No, e tantomeno le navi passerebbero nel colonnato.

Questo tipo di disegno si usa appunto per far capire la tridimensionalità di un oggetto, ma non ci fa comodo per mettere in risalto le dimensioni e il signor Pinko non ci capirebbe nulla.

Le proiezioni parallele

Andiamo a vedere allora la scelta corretta, ovvero le proiezioni parallele. Questo tipo di proiezioni sono molto più limitate dato che si vede solo una faccia di un oggetto alla volta, ma con più proiezioni parallele possiamo ottenere una descrizione faccia per faccia di un oggetto. Inoltre nelle proiezioni parallele ci sono anche le assonometrie, ovvero si, la vista è parallela, ma non perpendicolare ad una faccia. Ma è più facile vederlo che spiegarlo.

proiezioni parallele inclinate e perpendicolari — Proiezioni parallele perpendicolari a sinistra e inclinate a destra

Nel campo delle proiezioni ricadono quindi le assonometrie che possono essere usate nel disegno tecnico e danno quel senso di tridimensionalità generale. Inoltre come vedremo più avanti sono fondamentali per gli assemblati come questo qui sotto.

esempio di utilizzo di proiezioni parallele inclinate per un assieme

I metodi di proiezione ortogonale

Per poter capire le basi di proiezioni ortogonali bisogna partire da un piccolo lavoro di fantasia.
Prendiamo il nostro oggetto, lo bagnamo nell’inchiostro e lo chiudiamo in una scatola grande esattamente il giusto per chiudere l’oggetto.
Bene, questo metodo è il metodo Americano o metodo del terzo diedro.

visualizzazione del terzo diedro — Visualizzazione del terzo diedro

Ovvero disegno la faccia che appoggia sul foglio, o come lo descriveva il mio professore delle superiori il “copia faccia e ribalta”.

Visualizzare il terzo diedro come una scatola aperta — come aprire la scatola per la vista americana

Nonostante sembri intuitivo vi assicuro che non lo è per nulla almeno per la mia esperienza.

Vediamo ora il disegno Europeo o del primo diedro e cerchiamo di fare anche qui uno sforzo di immaginazione.
Prendiamo un pezzo, scegliamo una faccia di partenza e facciamo una foto. Lo giriamo su un altro lato e ne facciamo un’altra, e così via fino a completare tutti i lati. Si ricompongono le foto e il disegno è fatto.

Visualizzazione del primo diedro nel disegno tecnico — Visualizzazione del primo diedro

Questo è il metodo che usiamo qui ed è quello un pochino più intuitivo.

Come aprire la “scatola” del primo diedro

Per concludere vorrei far notare le due immagini delle due scatole che si aprono. Queste hanno in basso a destra un disegno di un cono.
Questo micro-disegno lo si trova anche nei disegni tecnici e ci dice esattamente con quale metodo sono state fatte le proiezioni.
Per questo articolo è tutto e adesso avete anche voi delle basi di proiezioni ortogonali.
Per gli aggiornamenti sulla serie vi basterà andare nella sezione nuovi articoli e cercare “Le basi del CAD”, oppure andare nella sezione dedicata al disegno cad.

Le varie tipologie di stampanti 3D

Pubblicato il Marzo 30, 2023 da Giovanni

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In questo articolo parliamo delle varie tipologie di stampanti 3D; Infatti questo mondo è molto vasto e pieno di tecnologie, ognuna con i suoi vantaggi e svantaggi.

Stampante FDM (Fused Deposition Modeling)

Rappresenta la sezione di una tipologia di stampanti 3d fdm — Stampante FDM

La stampante FDM è la più comune e accessibile sul mercato. Questa tipologia di stampante 3D funziona riscaldando un filamento di plastica e depositandolo strato per strato per creare l’oggetto. I vantaggi di questa stampante sono il basso costo di acquisto e la facilità d’uso oltre alla grande disponibilità sul mercato di varie alternative. Tuttavia, gli oggetti stampati in questo modo possono presentare una scarsa qualità di finitura e una bassa precisione dimensionale.
In realtà vedremo che con alcune accortezze nelle impostazioni e nel post-produzione otterremo risultati non solo accettabili, ma anche “meccanicamente funzionali”.

Stampante SLA (Stereolithography)

Questo rappresenta come funziona una stampante stereolitografica — Meccanismo di funzionamento della stereolitografia

La stampante SLA utilizza un laser per solidificare una soluzione di resina, creando strati sottili fino a ottenere l’oggetto desiderato. Questa tipologia di stampante 3D ha qualità della finitura e la precisione dimensionale degli oggetti stampati in questo modo sono molto elevate, tuttavia il costo di acquisto è più elevato rispetto alla stampante FDM e la resina utilizzata può essere costosa e, per quanto riguarda delle resine particolari, possono contenere sostanze tossiche.
Infatti è importante non solo comprare la stampante, ma anche delle attrezzature per la protezione di occhi, pelle e vie respiratorie. Io lascio qui il link per aTuttoNozzleZone, dove troverete il reparto DPI se volete vedere cosa utilizzo io sia per la sicurezza sulle stampanti 3D, sia per la sicurezza sulle altre macchine.
Per direzionare il laser si utilizza uno specchio mobile e motorizzato. Questo meccanismo può avere dei problemi, come l’usura dello specchio (eh si, gli specchi si usurano) oppure, più banale, la qualità dello specchio e del laser.

Stampante SLS (Selective Laser Sintering)

La stampante SLS utilizza un laser per fondere la polvere di materiale (metalli, plastiche, ceramiche) stratificandola per creare l’oggetto desiderato. La qualità della finitura e la precisione dimensionale degli oggetti stampati in questo modo sono molto elevate, inoltre è possibile stampare con una enorme varietà di materiali. Tuttavia il costo di acquisto è molto elevato e richiede una maggiore esperienza per l’utilizzo.
Per quanto riguarda i materiali la cosa davvero interessante è la possibilità di stampare metalli. La questione è: si comporta come un pezzo di metallo creato utilizzando tecniche tradizionali?
Sni, infatti si, il pezzo può avere caratteristiche meccaniche simili a quello creato utilizzando tecniche tradizionali, ma deve essere progettato in modo ottimale e deve seguire un processo di post-produzione (deve essere praticamente cotto per poter uniformare la distribuzione del materiale).

Stampante DLP (Digital Light Processing)

L'immagine serve a far vedere come funziona una tipologia di stampanti 3d di tipo SLA — Tipologia di Stampante 3D DLP

La stampante DLP utilizza un proiettore per solidificare una soluzione di resina. Il processo è simile a quello della stampante SLA, tuttavia la solidificazione avviene in un unico passaggio invece che strato per strato. Ciò consente di stampare oggetti più grandi e complessi in tempi più brevi, tuttavia la qualità della finitura può essere inferiore rispetto alla stampante SLA.
Infatti questa è la tipologia di stampante 3D a resina più diffusa tra i maker e il problema ovviamente è la risoluzione dello schermo LCD. LO schermo è composto da pixel, e la densità dei pixel identifica la qualità con cui il singolo strato viene proiettato e di conseguenza con cui verrà stampato.
Un piccolo problema con le prima stampanti 3d a resina economiche era quello dell’omogeneità del fascio di luce (problema ormai ampiamente risolto), ovvero, come vediamo in figura, il fascio di luce veniva distorto dall’errore di parallasse e questo andava ad enficiare sulle tolleranze ai bordi della vaschetta di resina (dove ovviamente il fascio era più distorto) e portava problemi di tenuta del pezzo al piatto sui lati.

In generale, la scelta della stampante 3D dipende dalle esigenze specifiche del progetto e dal budget a disposizione. È importante considerare non solo i costi iniziali di acquisto, ma anche i costi a lungo termine, come i materiali di stampa e la manutenzione.

Anche per questo articolo è tutto e se volete rimanere aggiornati guarda qui le nuove uscite per altri articoli!!!

Cos’è il disegno CAD

Pubblicato il Gennaio 29, 2023 da Giovanni

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l disegno CAD (Computer-Aided-Design) è un metodo di progettazione utilizzato per creare modelli tridimensionali di oggetti mediante l’uso di un computer. I sistemi CAD consentono agli utenti di creare, modificare e visualizzare progetti in modo efficiente e preciso.

I vantaggi dell’utilizzo di un CAD sono molteplici. Innanzitutto, essi consentono di creare progetti con maggiore precisione e accuratezza rispetto ai metodi tradizionali di disegno a mano. Inoltre, i sistemi di disegno CAD possono essere utilizzati per generare automaticamente le specifiche tecniche e le istruzioni per la produzione, il che rende il processo di produzione più efficiente. Ancora, a differenza del disegno tradizionale è possibile “girare intorno” al pezzo e valutarne, prima della effettiva realizzazione aspetto e forma.

Motore Stirling realizzato su inventor, un CAD disponibile gratis per studenti — simulazione statica di un pezzo

I CAD consentono di creare modelli tridimensionali dettagliati e precisi che possono essere utilizzati per la stampa 3D. Una volta creato un modello in un sistema CAD, è possibile esportarlo in un formato compatibile con la stampante 3D e stampare l’oggetto.

Inoltre, i sistemi CAD consentono di condividere i progetti con colleghi e collaboratori in modo semplice e veloce, in quanto i file possono essere salvati e inviati via email o tramite cloud. Inoltre, i sistemi CAD possono essere integrati con altri software come la simulazione, che permette di valutare e sistemare le tolleranze, se delle parti in movimento interferiscono tra loro ecc… , l’analisi e la gestione dei dati, il che rende possibile una maggiore collaborazione tra team di progettazione e di produzione.

Infine, i sistemi CAD consentono di creare progetti in modo più rapido e conveniente rispetto ai metodi tradizionali, poiché gli utenti possono modificare e riprodurre i progetti con facilità, il che significa meno tempo e meno costi per la creazione di prototipi e modelli.

In sintesi, l’utilizzo di un sistema CAD consente di creare progetti con maggiore precisione, accuratezza e rapidità, migliorando la collaborazione tra team e la produzione.

I software

I software più utilizzati in generale sono i seguenti, in particolare possiamo guardare casa Autodesk
– Inventor:
Software gratuito per gli studenti che mette a disposizione un software completo di CAD professionale con anche un insieme di plug-in riguardanti la parte CAM e altre funzioni di simulazione. Inoltre dispone di una enorme libreria di componenti acquistabili (viti, bullo ecc..) Permette inoltre di effettuare simulazioni e rendering sul movimento e sugli sforzi.

– Autocad 3D
Programma perfetto per chiunque debba realizzare dei disegni un 2D con la possibilità di fare qualche passo nel 3d
Permette di creare immagini vettoriali per CNC e Laser

Esercizio cad università albero autocad esempio — Immagine di una schemata Autocad

– Fusion 360
Come inventor e un software CAD che da accesso ad una vasta gamma di opzioni, però rispetto a quest’ultimo è più “minimal”, ovvero ha un po’ meno opzioni e molti meno plug-in
Ha un grandissimo vantaggio però, ovvero che è online base e permette di condividere tutto su un cloud che può essere pubblico o privato. Inoltre a differenza di altri programmi di casa AutoDesk, questo per gli amatori è GRATUITO
– 123D Design
Un sistema di disegno CAD super basic, ma molto efficiente. Progettato specialmente per i designer, ma utile anche a chi vuole iniziare. L’utilizzo è un pochino macchinoso dato le funzioni limitate. anche questo prodotto di Autodesk è gratuito, ma sceglierei sempre fusion 360.

Immagine della schermata principale di 123D design, un CAD — Ambiente di lavoro di 123D Design

Di altre case software sono degni di nota i seguenti, su cui purtroppo non ho esperienza e non saprei commentarli in maniera troppo approfondita, lascio a voi quindi l’esplorazione!!!

Blender:
Un programma ottimo per chi vuole creare “scolpendo” un pieno o modellandolo come se fosse plastilina digitale
Rino
Bhe, questo è un programma per l’industria, molto professionale.
SolidWorks
Grande concorrente di casa AutoDesk, programma molto valido, specialmente per la collaborazioni con Apple e con iPad. Una nota degna di merito è una e una sola: Il fantastico motore grafico del software; per quanto mi duole ammetterlo, molto migliore di inventor.
SketchUp
Programma per architetti (punto).
No dai, in realtà ha molti lati positivi, come la scelta dei materiali, la grafica non troppo barbina e a differenza di altri programmi estremamente intuitivo.

Ovviamente ne esistono a migliaia di CAD 2D e 3D, ma questi sono quelli che conosco meglio.
Anche per oggi abbiamo finito, rimanete aggiornati sui nuovi articoli!!!
In più è iniziata la serie di articoli per imparare a disegnare e leggere i disegni. Il primo articolo lo trovi qui.