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Jun 18, 2023

Realizzazione di parti metalliche: non per i manichini

Facciamo finta che tu non sappia nulla della produzione additiva (AM), più comunemente chiamata stampa 3D. Dato che questa tecnologia rivoluzionaria ci accompagna da più di tre decenni,

Facciamo finta che tu non sappia nulla della produzione additiva (AM), più comunemente chiamata stampa 3D. Dato che questa tecnologia rivoluzionaria ci accompagna da più di tre decenni, tale ipotesi è altamente improbabile ma è comunque la premessa alla base di questo articolo in stile “manichini”. Se sei già un esperto in materia, sentiti libero di fare qualcosa di più interessante, come stampare in 3D alcune parti interessanti o guardare senza sosta l'ultima serie Netflix.

Per tutti gli altri, iniziamo con una panoramica molto semplicistica della produzione additiva. Ciascuna delle sette tecnologie AM riconosciute dall'American Society for Testing and Materials (ASTM) inizia con un modello CAD 3D del pezzo desiderato. Questo file viene reso digitalmente come una pagnotta di pane in migliaia o forse centinaia di migliaia di fette sottilissime prima di essere alimentate alla stampante 3D.

Molte delle tecnologie più comuni utilizzano una sorgente luminosa laser o LED per tracciare successivamente il profilo di ogni strato e le sezioni interne sulla superficie di una vasca di resina o di un letto di polvere metallica o polimerica, solidificando tali aree. Una volta completato ogni strato, materiale aggiuntivo viene tirato attraverso il pezzo in lavorazione e il processo continua, più e più volte dal basso verso l'alto fino al completamento della parte.

Esistono anche sistemi che utilizzano una testa di estrusione come una pistola per colla a caldo per costruire parti. Alcuni spruzzano polvere metallica o estrudono un filo sottile nel percorso di una fonte di energia focalizzata (un laser o un fascio di elettroni), depositando così il metallo fuso sulla superficie di lavoro, mentre altri spruzzano selettivamente un legante polimerico su un letto di polvere, creando una parte “verde” che dovrà successivamente essere sinterizzato in forno. Esistono altri metodi e seguiranno ulteriori dettagli, ma questo è AM in poche parole. Semplice, vero?

Come accennato, AM è con noi da molto tempo. Un tempo limitata alla stampa di polimeri, da allora si è estesa alla ceramica di livello tecnico, ai materiali compositi contenenti fibra di carbonio o aramide (Kevlar) e, forse, soprattutto, ai metalli e alle loro varie leghe. Discuteremo della stampa 3D di polimeri e altri materiali non metallici in un futuro rapporto sull'industria della produzione additiva; il resto di questo, tuttavia, si concentrerà sull'AM in metallo, il molto più giovane (e per il momento, più piccolo ma più veloce) -segmento in crescita) di quello che è diventato un mercato multimiliardario.

Hans Langer, fondatore di Electro Optical Systems (EOS) a Krailling, in Germania, potrebbe sostenere il punto "molto più giovane". Nel 1994, appena otto anni dopo la fondazione di 3D Systems da parte dell'inventore della stereolitografia Charles Hull, l'azienda di Langer ha sfruttato la propria esperienza nella stampa di polveri polimeriche (nota anche come sinterizzazione laser selettiva o SLS) per introdurre EOSINT M 160, una macchina che lui e molti altri considerano essere la prima stampante 3D in metallo.

Questa macchina utilizzava una miscela di metalli in polvere come nichel e bronzo per stampare parti che vantavano proprietà meccaniche simili a quelle realizzate tramite la tecnologia di stampaggio a iniezione di metalli (MIM). Si è trattato chiaramente di un enorme passo avanti, ma ci sarebbe voluto un altro decennio prima che EOS iniziasse a vendere stampanti 3D in grado di creare parti metalliche “completamente dense”, aprendo la porta a un’adozione sempre più diffusa nei settori aerospaziale, medico, dei trasporti ed energetico.

Langer e il suo team hanno soprannominato questa prima tecnologia “sinterizzazione laser diretta dei metalli” o DMLS, un acronimo che non è più del tutto accurato. Come notato, quelle prime macchine a letto di polvere richiedevano bronzo o un metallo simile a bassa temperatura di fusione che fungesse da legante; al contrario, le moderne stampanti DMLS hanno una potenza laser sufficiente per sciogliere o “fondere” anche i materiali più resistenti al calore, tra cui titanio, Inconel, Hastelloy e metalli refrattari come tungsteno e niobio. Questo è il motivo per cui EOS da allora ha sostituito il verbo DMLS “sinterizzare” con “schmelzen” (tedesco per “fondere”), un termine più accurato e che consente loro anche di mantenere il loro acronimo di lunga data e marchio di fabbrica.

Breve lezione di storia a parte, EOS deve affrontare molta concorrenza da parte di altri produttori di stampanti 3D, molti dei quali con i propri acronimi speciali. Ad esempio, SLM Solutions Group AG ha registrato il marchio SLM per la sua omonima tecnologia a letto di polvere metallica, abbreviazione di fusione laser selettiva. Concept Laser, ora parte di GE Additive, ha la sua tecnologia LaserCUSING, 3D Systems offre DMP (stampa diretta in metallo), TRUMPF ha sviluppato la fusione laser dei metalli (LMF) e Velo3D offre il suo sistema Sapphire con il processo di fusione intelligente sottostante.