SIVOLA : modellismo, droni, stampa 3d

IN QUESTO POST RIPORTIAMO LA COSTRUZIONE DELL’ARCHETTO A FILO A CALDO PER IL TAGLIO DELLE ALI DI POLISTIROLO. IL PROGETTO E L’ARTICOLO SONO STATI TRATTI DAL SITO http://tzagi.altervista.org/ UN SITO VERAMENTE INTERESSANTE E CHE VI CONSIGLIO ASSOLUTAMENTE DI VISITARE, POICHE’ E’ UNA VERA MINIERA DI INFORMAZIONI E RISORSE. NON DOVREBBE MANCARE TRA I VOSTRI SEGNALIBRI!

Esistono molti tipi e varianti di archetti e macchinari per il taglio del polistirolo a caldo.
Quello che andremo ad illustrare è di tipo manuale, ossia deve essere manovrato, con l’aiuto di un amico, senza l’ausilio di motori di trascinamento.
Logicamente un apparato mobile il cui movimento viene regolato da un motore a velocità costante, produce risultati migliori, ma non sempre si dispone dello spazio necessario a mantenere tale macchinario sempre montato. In questa sezione analizzeremo il montaggio dell’archetto e la sua taratura della temperatura generata. Facciamo una panoramica del materiale occorrente, elencato nella sezione

	Materiale	Dove trovarlo, le sue misure, quanto costa
	1 travetto di legno	Da un falegname, o negozio ‘fai da te’; lunghezza 1 metro, sezione 5 x 2 cm circa. Costo: circa un migliaio di lire.
	Filo di nichel cromo	Elettricisti, materiale elettrico; lunghezza 1,5 metri, sezione 0,5/0,6 mm. Costo: poche centinaia di lire al metro.
	2 tondini di acciaio	Dal ferramenta; lunghezza 25 cm, sezione 5 o 6 mm. Vanno benissimo gli elettrodi per saldatura, debitamente puliti dal materiale saldante. Costo: Poche migliaia di lire.
	2 anelli filettati	Dal ferramenta; lunghezza 4 o 5 cm, diametro filettatura 4 o 5 mm. Il foro dell’anello deve permettere il passaggio di una corda di nylon di almeno 5 mm di diametro. Costo: Poche centinaia di lire.
	1 interruttore a pressione	Dall’elettricista; deve sopportare una tensione di 220 Volts ed una corrente di almeno 2 Ampere. Deve rimanere chiuso solo se si esercita pressione su di esso. Costo: Poche migliaia di lire.
	1 morsettiera tipo Mammuth	Dall’elettricista; deve sopportare una tensione di 220 Volts ed una corrente di almeno 2 Ampere. La sezione dei fori deve essere di 1 mm superiore al diametro dei tondini di acciaio. Costo: Poche migliaia di lire.
	Filo elettrico bipolare	Dall’elettricista; deve sopportare una tensione di 220 Volts ed una corrente di almeno 2 Ampere. Consigliabile il filo rosso e nero per le casse degli impianti di media potenza. Costo: Poche migliaia di lire.
	2 carrucole	Ferramenta o fai date; devono sopportare il peso dell’archetto. Costo: Poche migliaia di lire.
	Trasformatore	Negozi di elettronica. Deve essere da 220 Volts preferibilmente con doppio secondario da 24 Volts (24 + 24) e almeno 2 Ampere in totale. Costo: Poche decine di migliaia di lire.
	Contrappeso	Guardatevi in torno. Dal peso da palestra al cestino delle mollette per i panni (con dentro qualche frutto). Il costo dipende da che frutta avete intenzione di usare!!

Preparato il materiale? Bene. Noi vi daremo le istruzioni per la costruzione del tutto. L’assemblaggio di parti come l’interruttore a pressione è a carico della vostra fantasia e a seconda di come vi sentite di impugnare l’archetto. L’importante è il principio meccanico ed elettrico del suo funzionamento. L’estetica è un fattore soggettivo.

Fissaggio del filo di nichel-cromo

L’elemento più importante dell’archetto è senza dubbio il filo di nichel-cromo. Questo, se attraversato da una certa corrente, si scalda fino a diventare incandescente. Nella prossima pagina, tra le altre cose, vedremo come calcolare la potenza necessaria.
In questa sezione vediamo invece uno dei possibili modi per fissarlo all’archetto.
I materiali utilizzati in questo esempio sono quelli che compongono il nostro attuale archetto con il quale abbiamo tagliato tutte le ali dei nostri modelli. La scelta dei suddetti materiali è stata casuale: era quello di cui disponevamo in casa al momento della costruzione. E siccome si è rivelata valida, ve la proponiamo come una delle più economiche. Potete senz’altro applicare tutte le modifche che vi vengono in mente, purchè rimanga invariato il principio di funzionamento.
Ci serviremo di una morsettiera per circuiti elettrici tipo ‘Mammuth’ con sezione dei morsetti da 6 mm (comunque 1 mm in più del diametro dei tondini). Se sfiliamo le viti di serraggio, il cilindretto di metallo che costituisce il contatto della morsettiera esce dalla sua sede. Sfiliamone un paio.

Procuriamoci 4 viti, ognuna con 2 dadi e 2 rondelle, dello stesso diametro di quelle della morsettiera, ma più lunghe, diciamo 5 o 6 cm. Prendiamo una di queste viti, avvitiamoci 1 dado, infiliamo 2 rondelle, avvitiamo un altro dado e avvitiamo la vite così composta in un foro del cilindretto, senza che questa invada l’interno dello stesso. Nell’altro foro del cilindretto, avvitiamo un’altra vite, senza dadi ne rondelle. Anche qui, cerchiamo di non invadere l’interno del cilindretto.

Assembliamo in modo analogo un altro cilindretto. A questo punto, infiliamo i due cilindretti nelle estremità dei tondini dell’archetto, tenendo la parte del cilindretto con la vite munita di rondelle verso il basso. Stringiamo momentaneamente le viti in alto, quelle senza dadi, in modo da fissare i cilindretti sul tondino.

A questo punto prendiamo il filo di nichel-cromo e facciamogli compiere un paio di giri attorno alla vite in basso, tra le due rondelle. Stringiamo le rondelle tramite i due dadi contrapposti ed il filo è fissato. Non avvitiamo la vite sul cilindretto: la vite che controlla il serraggio sul tondino è quella superiore. Se dovremo allentare o tirare il filo useremo quella. La vite inferiore serve esclusivamente a fissare il filo al cilindretto ma non deve bloccarlo sul tondino.

Tiriamo il filo appena fissato verso il basso e facciamolo passare attraverso la scanalatura. Continuiamo a stenderlo fino a raggiungere l’estremità del tondino opposto e facciamolo passare attraverso la sua scanalatura. Tiriamolo verso la vite inferiore del cilindretto, in mezzo alle due rondelle, e serriamo tramite i dadi. Il filo è serrato su entrambe le estremità. Per regolare la sua tensione è sufficiente allentare la vite superiore di uno dei due cilindretti e tirare il gruppo verso l’alto lungo il tondino. Il tondino è elastico e manterrà teso il filo.

A nostro giudizio, questo è un sistema pratico per tagliare ali di sezione fino a 1 metro. Per lunghezze superiori, conviene utilizzare un altro sistema, con tenditore a molla di cui esistono schemi ed immagini su diversi siti, segnalati nella nostra sezione links.
Siete comunque liberi di sperimentare qualsiasi sistema di fissaggio del filo: tenete solo conto del fatto che deve rimanere teso, e che scaldandosi si allenta.

Il circuito elettrico

Il principio di riscaldamento del filo è lo stesso dei saldatori a stagno. Applicando una certa tensione ad un apposito resistore, questo sviluppa una potenza che si trasforma in calore.
La tensione va applicata ai due capi del filo ma sarà comodo, per poterla applicare al momento desiderato, disporre di un interruttore a pressione senza blocco, ossia in grado di chiudere il circuito solo se premuto. Per alimentare l’archetto utilizzeremo la tensione di rete a 220 Volts, debitamente ridotta tramite trasformatore. Prima di scegliere il trasformatore, è necessario fare due conti.
Per chi non mastica elettronica od elettrotecnica in genere è bene precisare un paio di cose. Anzitutto, un circuito si dice chiuso quando applicando una certa tensione, si ha un passaggio di corrente elettrica (interruttore chiuso, per noi ‘premuto’). Al contrario, si dice aperto quando non si ha passaggio di corrente (interruttore aperto, per noi ‘rilasciato’). Solitamente il trasformatore è composto da due avvolgimenti chiamati primario e secondario. L’avvolgimento primario è quello contrassegnato dall’etichetta ‘220 V’. L’avvolgimento secondario di norma è quello che fornisce la tensione ‘ridotta’ (trasformata). Possiamo disporre di più avvolgimenti secondari, anche con tensioni diverse. Tali avvolgimenti producono tensioni separate utilizzabili singolarmente, oppure, collegando in serie due avvolgimenti, si ottiene una tensione che è pari alla somma delle tensioni. E’ necessario però che gli avvolgimenti siano collegati ‘in fase’, un po come succede per le comuni batterie. Se vogliamo collegarle insieme, bisognerà formare una catena unendo il polo positivo con quello negativo della batteria che segue.
Analogamente, collegheremo gli avvolgimenti secondari rispettando non più le polarità, in quanto trattasi di corrente alternata, ma le fasi. Nel nostro caso il trasformatore ha un doppio secondario da 24 Volts ed ha da un lato due fili di ingresso contrassegnati con ‘220 V’ mentre dall’altro lato vi sono quattro fili di uscita (due per ogni secondario) contrassegnati come due coppie da 24 Volts.

Mentre per il lato a 220 Volts non esistono distinzioni tra i due fili (potete infatti infilare la spina nella presa in entrambe le posizioni), per quanto riguarda i secondari da 24 Volts i fili hanno colore diverso. Ad esempio il nostro trasformatore ha, per ogni coppia da 24 Volts, un filo bianco ed uno giallo. Questo perchè come detto poco fa, sebbene non faccia differenza il verso dei fili nel caso utilizziate solo un secondario da 24 Volts, (uno bianco ed uno giallo), la cosa cambia se decidete di sommare le due coppie per ottenere una tensione di 48 Volts.

Questa tensione si ottiene collegando ‘in fase’ i due secondari da 24 Volts.
Colleghiamo quindi il filo bianco della prima coppia da 24 Volts con quello giallo della seconda. Per sapere se abbiamo bisogno di 48 Volts o se ne bastano 24, dobbiamo fare un piccolo calcolo. Il filo di nichel-cromo è in sostanza un resistore e produce calore al passaggio di una certa corrente; la temperatura deve essere sufficiente a tagliare il polistirene ma non troppo alta. Una temperatura troppo elevata fonderebbe una porzione di polistirene ben al di la della sezione del filo, ottenendo una superficie piena di irregolarità.
Non potendovi indicare la corretta temperatura di lavoro del filo, vi indicheremo la potenza necessaria per raggiungerla. I ferri da stiro, come le stufe elettriche per esempio, esprimono la loro capacità di riscaldare in WATT, e non in gradi centigradi. La formula per calcolare la potenza necessaria è: W=V²/R
dove W è la potenza espressa in Watt, V² è la tensione espressa in Volts al quadrato ed R è la resistenza, espressa in Ohm, del filo di nichel-cromo.
Non spaventatevi, è molto semplice. Abbiamo effettuato varie prove di taglio che ci hanno mostrato che necessitiamo di una potenza tra i 60 ed i 70 Watt. Il trasformatore eroga una tensione di 24 o 48 Volts, a seconda di come lo colleghiamo. Il filo di nichel-cromo varia la sua resistenza al variare della lunghezza; in particolare più è lungo e maggiore è la sua resistenza. Il filo da noi utilizzato ha una sezione di 0,5 mm ed una lunghezza di circa 110 cm. La sua resistenza, misurata con un tester, è di circa 25 Ohm. A questo punto proviamo ad applicare la formula provando ad usare un solo secondario da 24 Volts: Watt=(24 Volts)² / 25 Ohm = 576 V² / 25 Ohm = 23 Watt.
Troppo poco. Il filo si scalda ma non raggiunge la temperatura necessaria per il taglio. Ripetiamo il calcolo ipotizzando di collegare i due secondari del trasformatore per produrre una tensione di 48 Volts:
W=(48 Volts)² / 25 Ohm = 2304 V²/25 Ohm = 92 Watt.
Come ci aspettavamo, la potenza è aumentata, ma in questo caso la temperatura raggiunta fonderebbe eccessivamente il polistirolo, bruciandolo.
Come fare per ottenere la giusta potenza e quindi la temperatura ottimale? Semplice. Conoscendo la potenza voluta e la tensione a disposizione, ricaviamo la resistenza del filo. Girando la formula, otteniamo che R= V² / W e quindi R= (48 Volts)² / 70 Watt = 32 Ohm.
Ma se il filo è già lungo quanto serve, come facciamo ad aumentare la resistenza?
Semplice. Prendiamo un altro pezzo di filo di nichel-cromo della stessa sezione, ne avvolgiamo alcune spire intorno ad un materiale isolante facendo attenzione che le spire non si tocchino tra loro. Con l’aiuto di un tester, controlliamo la resistenza di questo spezzone e verifichiamo che essa sia uguale alla differenza tra la resistenza totale (32 Ohm) e la resistenza del filo dell’archetto (25 Ohm). L’ideale è avvolgere più spire del necessario e ‘pescare’ il punto che ci serve di volta in volta tramite una pinzetta a coccodrillo per circuiti elettrici. In questo modo potremo sperimentare diversi valori di resistenza. Qui sotto è mostrato lo schema elettrico del circuito di alimentazione dell’archetto. L’interruttore permette il passaggio della corrente solo se tenuto premuto. La pinzetta, stabilisce il contatto nel punto in cui il filo ha una resistenza di 7 Ohm, che sommati ai 25 Ohm del filo dell’archetto costituiscono la resistenza necessaria per ottenere la potenza di circa 70 Watt.

Per quanto riguarda la parte elettrica dell’archetto, questo è quanto.
Tenete conto che i valori sono indicativi e variano da filo a filo e dipendono dalla sua sezione. E’ senza dubbio necessario munirsi di un tester sia per verificare i valori che i contatti. Un altro sistema per variare la potenza generata, senza aggiungere il rocchetto di spire supplementari e la pinzetta, è quello di inserire un variatore di velocità per trapani tra i contatti del trasformatore e la spina per la presa a 220 Volts. Questo equivale a possedere un trasformatore a tensione variabile.

Completiamo l’archetto Poche righe per illustrare il completamento dell’archetto prima della sua installazione. Prendiamo i due anelli filettati menzionati nell’elenco dei materiali. Questi vanno posti, sulla parte superiore del travetto di legno, ad un paio di cm dall’estremità, come mostrato in figura sotto.
Fissiamo l’interruttore nelle vicinanze di uno dei due cilindretti di serraggio del filo di nichel-cromo. Il posizionamento deve consentire di tenere premuto l’interruttore mentre si manovra l’archetto. Qui a lato la foto del particolare del nostro archetto. L’interruttore è fissato con una vite ad un pezzo di plastica che funge da impugnatura. Potete montare l’interruttore nel modo e con gli accorgimenti che ritenete opportuni.
Prendiamo il filo elettrico bipolare, almeno 5 metri. Da un lato, dividiamolo per almeno 70 cm. Un capo, per esempio il filo rosso, lo collegheremo ad un terminale dell’interruttore. Tagliamo un pezzo di filo, 5 cm circa, e colleghiamo l’altro terminale dell’interrutore al filo di nichel-cromo che spunta dalla vite di serraggio. L’altro capo del filo, quello nero, lo collegheremo, sul lato opposto dell’archetto, all’altra estremità del filo di nichel-cromo. Fissiamo con del nastro isolante i due capi del filo lungo i tondini di acciaio. Passiamo accanto ai due anelli filettati e fissiamo, dove i due capi si incontrano, con del nastro adesivo intorno al travetto. Il filo bipolare così ricongiunto andrà collegato al trasformatore (eventualmente interporremo il rocchetto di spire aggiuntive) come mostrato nel circuito elettrico della pagina precedente. Per poterlo manovrare correttamente, l’archetto va sospeso tramite un giogo di 2 carrucole. Una carrucola va posta sulla verticale del piano di lavoro, l’altra abbastanza lontano da esso in modo che la fune che regge il tutto non intralci il movimento. Il tutto è tenuto in equilibrio da un contrappeso. Passiamo una fune di nylon attraverso i due anelli filettati, le carrucole, ed infine leghiamo il contrappeso. Controlliamo che il tutto scorra liberamente in alto ed in basso. Vediamo lo schema illustrato sotto:

Notate l’archetto sospeso sul piano di lavoro. Lasciate spazio lateralmente in modo che i due operatori possano lavorare senza intoppi. Il trasformatore collegato alla rete a 220 Volts è lontano dall’apparato. Il filo di alimentazione segue lo stesso percorso della fune di nylon ma senza passare attraverso le carrucole. Quando l’archetto è in basso, il contrappeso è in alto. Si conclude così la sezione relativa all’archetto. Per ulteriori dettagli vi rimandiamo ai siti segnalati sui nostri links dove potrete vedere schemi di archetti più sofisticati e macchine per il taglio automatiche.