Quale fra le 3 tecnologie di stampa 3D per metalli ti garantirà dei componenti meccanici solidi "come una roccia"?

Vorrei che questo blog diventasse la guida, il faro per tutti gli imprenditori o tecnici viandanti, dispersi nel mare dell’additive manufacturing e confusi da tutte le tecnologie esistenti nel settore.

In questo articolo ti mostrerò quali sono le tre tecnologie principali di stampa 3D per stampare con i metalli, tralasciando quelle per la plastica, dato che sono specializzato in stampa 3D per acciai.

Se segui il blog, d’altronde, le tre tecnologie che scoprirai, saranno anche quelle che serviranno a te per velocizzare la tua produzione e produrre dei componenti meccanici, solidi e di peso ridotto.

Non mi limiterò a farti un elenco delle tecnologie, ma ti spiegherò anche perché solo una fra quelle tre è la tecnologia principe per produrre dei pezzi meccanici resistenti.

Alla fine:

ti regalerò un caso studio che ti mostrerà con dati concreti e test, i benefici di questa tecnologia su una produzione meccanica

Partiamo subito.

1) Binder Jetting (Getto di collante)

Forse questa è una tecnologia che hai già sentito, infatti è nata per i polimeri plastici e solo recentemente è stata presentata da alcune aziende come un processo idonei anche ai metalli.

Come avviene il processo di binder jetting?

Un getto liquido di collante viene selettivamente depositato da un ugello a getto d’inchiostro per unire insieme gli strati del letto di polvere metallica.

Il processo assomiglia al gesto dello chef in cucina, quando usa la sac à posh per posizionare della crema su un tortino.

Questa tecnologia assomiglia al Material Jetting (getto di materiale), con la differenza che il collante usato nel binder jetting serve solo ad unire insieme, strato su strato, la polvere fino ad ottenere il pezzo finale con la struttura e la forma desiderata.

Diversamente dalle altre tecnologie, nel BJ non avviene la fusione della polvere, ma viene posizionato un collante fra uno strato e l’altro che tenga insieme il componente, come per costruire una casa i muratori mettono il cemento fra un mattone e l’altro.

Purtroppo il lavoro non finisce qui.

Ti ho sempre detto che stampare in 3D ti permetterà di velocizzare la tua produzione; purtroppo non con tutte le tecnologie, specialmente con il BJ.

Per assicurarti che il componente rimanga compatto, il pezzo deve essere obbligatoriamente messo in una fornace, così che il collante si sciolga e rimanga solamente il materiale polveroso. Questo processo si chiama “sinterizzazione” ed è obbligatorio per tutte le macchina che sfruttano la tecnica del binder jetting.

Questa tecnologia all’inizio aveva attirato molti imprenditori, perché veniva venduta come la più rapida, dato che durante la stampa il componente non subisce fusione e il processo quindi è molto breve. I tempi si allungano di molte ore però nella seconda fase di produzione, quando il componente viene messo nella fornace per consolidare le varie parti.

Ti ripeto: non puoi saltare il passaggio in fornace, perché sarebbe come se servissi a tavola una crostata di marmellata fresca, che non è passata in forno; ogni fetta si sbriciolerebbe, così come si sbriciolerebbero i tuoi preziosi componenti meccanici.

Ma i problemi non finiscono qui: durante il consolidamento in fornace, il pezzo subisce un grave ritiro del materiale, che non si può né prevedere, né calcolare preventivamente.

Non saprai mai con precisione di quanto si ridurrà il tuo componente una volta entrato in fornace: se la dimensione ridotta va a compromettere le caratteristiche del tuo pezzo e la sua applicazione finale?

Come avrai capito, il Binder Jetting non rappresenta e, forse, non rappresenterà mai una valida soluzione per produrre componenti metallici in 3D con applicazioni meccaniche, ma rimane un’ottima alternativa per componenti con funzionalità estetiche e di design.

Scartata una tecnologia, passiamo alla prossima.

2) Direct Energy Deposition (deposizione di energia diretta)

Abbreviato in DED, questo processo utilizza dell’energia termica focalizzata per fondere la polvere appena viene depositata.

L’energia usata è quella di un laser o di un fascio di elettroni.

Il grande vantaggio di questa tecnologia consiste nell’utilizzo di un braccio meccanico per il sostegno del piatto di stampa, mentre l’estrusore di materiale rimane fisso.

Grazie a questa caratteristica, la costruzione del componente non avviene per forza orizzontalmente, strato per strato, come per le altre tecnologie; questo semplifica di molto la stampa, rendendo il processo comodo per aggiungere del materiale a dei componenti già esistenti o per riparare dei pezzi meccanici rotti.

Un altro dei suoi vantaggi è il poter fondere simultaneamente più materiale insieme.

Sembra la tecnologia perfetta, peccato che non sia economicamente sostenibile, soprattutto per le PMI meccaniche. 

L’investimento che richiede questa tecnologia è elevatissimo: già all’inizio dovrai squartare la tua cassa aziendale solo per investire nella stampante 3D, senza contare quindi i successivi costi di gestione e produzione. 

Non solo…

La tecnologia DED non produce pezzi con le caratteristiche metallurgiche e le proprietà meccaniche idonee per rendere i tuoi componenti meccanici a prova di bomba, super resistenti e solidi.

Le tolleranze di stampa della DED sono molto alte e questo la rende una tecnologia che non permette di stampare con la precisione del decimo, perché fonde le particelle in modo grossolano e non al decimo, al centesimo o al millesimo. Per questo motivo questo processo produttivo è più adatto alle riparazioni meccaniche e non alla costruzione di particolari.

Non disperare, perché ora ti presenterò la punta di diamante, che farà risplendere la tua produzione meccanica, grazie alle sue caratteriste portentose.

3) Powder Bed Fusion (Fusione a letto di polvere)

L’energia termica fonde parti selezionate di un letto di polvere. La polvere, una volta fusa, si raffredda e si solidifica, formando così il componente meccanico.

Un punto laser viene sparato su zone selezionate del letto di polvere, fondendola secondo le geometrie impostate dal programma CAD.

Infine una spatola distribuisce un nuovo letto di polvere su quello appena sinterizzato. Il processo quindi avviene orizzontalmente e il pezzo viene costruito layer by layer, come per la preparazione nelle lasagne: pasta sfoglia su pasta sfoglia.

Il processo di PBF viene anche chiamato Selective Laser Melting (SLM), ovvero fusione selettiva attraverso l’uso di un laser.

L’altra tecnologia PBF, che però adopera un fascio di elettroni come energia termica si chiama electron team meeting e ha tutta un’altra serie di caratteristiche che, per non allungare il brodo, non ti spiegherò in questo articolo.

In poche parole la tecnologia SLM non è il Re della stampa 3D per metalli, ma l’Imperatore.

Vediamo perché:

Dato che la polvere fusa si raffredda all’istante, solidificandosi, le particelle metalliche vengono temprate, ovvero vengono rese più resistenti, garantendoti dei componenti finali solidi come "una roccia".

Addirittura i componenti prodotti con questo processo, alla fine del ciclo di stampa, hanno una densità metallurgica maggiore.

I benefici di questa tecnologia non finiscono qua: non solo avrai dei componenti solidi e resistenti alle sollecitazioni meccaniche, ma

otterrai anche dei componenti meccanici con peso ridotto, adatti ai cinematismi

Devi sapere che tutte le tre tecnologie elencate. sfruttano l’ottimizzazione topologica, ovvero un insieme di calcoli geometrici che permettono al macchinario di fondere la polvere solo dove è necessario, costruendo un componente geometricamente perfetto, che non possiede materiale in eccesso che lo appesantisca.

Penserai di aver trovato la tecnologia che fa per te e ora sarai pronto a buttarti a pesce nel mercato delle stampanti a tecnologia PBF.

È vero che la tecnologia SLM è la più adatta per la produzione di componenti meccanici per la densità e la solidità metallurgica dei componenti, ma purtroppo neppure questa tecnologia è infallibile e tu devi conoscerne anche i lati negativi.

Il prossimo articolo ti svelerà quindi:

quali sono i limiti della tecnologia SLM e come noi della 3D4STEEL abbiamo deciso di risolverli

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Per il momento, come promesso, ti consegnerò un regalo:un caso studio dove metto a confronto la stampante 34STEEL, a tecnologia SML, con i metodi tradizionali.

Nel caso studio, che puoi scaricare gratis a questo link, troverai:

1) i dati economici: costa meno produrre in 3D i tuoi componenti, oppure realizzarli con i metodi tradizionali, come hai sempre fatto?

2) i tempi di produzione: veramente con una stampante 3D specializzata in soli acciai potrai velocizzare la tua produzione, ottenendo in 1/3 del tempo i componenti che oggi ti stanno costando lunghe giornate di lavoro?

3) il componente finale: come si presenta il componente finale stampato in 3D e cosa dovrà cambiare il tuo progettista, quando dovrà ingegnerizzare il pezzo per la stampa 3D?

La risposta a queste preziose domande, che molti imprenditori stanno disperatamente cercando come acqua nel deserto, tu le puoi avere gratis, ora, senza impegno e con un semplice click qui o sull'immagine in fondo alla pagina.

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Al prossimo articolo,

Ivano Corsini