STAMPA 3D SU METALLI – NUOVE POSSIBILITÀ PER LE AZIENDE

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mercoledì, 18 ottobre 2017 432 Views 0 Comments
STAMPA 3D SU METALLI – NUOVE POSSIBILITÀ PER LE AZIENDE

Da quando la tecnologia di stampa 3D ha dato la spinta alla nascita dei FabLab – i laboratori di fabbricazione digitali basati sulla condivisione degli strumenti e su un’altissima digitalizzazione delle procedure creative e produttive – l’Italia è stata letteralmente travolta dall’entusiasmo per questo modo nuovo di creare.

Si è da subito assistito ad un’esplosione di laboratori e spazi condivisi. Ad oggi, l’Italia è la seconda nazione per numero di FabLab operanti.

Le aziende dalla vocazione più tech-oriented hanno da subito intuito la possibilità di operare su mercati altamente tecnologici, entrando in nicchie particolarmente redditizie. Nelle quali tuttavia si sarebbe reso necessario – per emergere su una concorrenza in rapida evoluzione – affidarsi a tutte le doti dell’impresa italiana.

Il passo da qui all’eccellenza è stato piuttosto breve.

Dalle plastiche ai metalli

La stampa 3D su metallo utilizza l’additive manufacturing – la sovrapposizione strato per strato della materia prima – per realizzare pezzi in lega metallica.

Proprio il comportamento fisico-chimico differente dei materiali ha reso particolarmente complesso l’adattamento tecnologico.

Sono state ideate tre metodologie di additive manufacturing:

  1. Con la tecnica Direct Energy Deposition (DED), la polvere metallica viene emessa attraverso un ugello e fusa per mezzo di un raggio laser. È una soluzione poco raffinata, che viene utilizzata per produrre oggetti di grandi dimensioni con pochi dettagli, o per riparare elementi metallici.
  2. Il Metal Binder Jet – la tecnica meno performante – utilizza resine liquide per solidificare la polvere metallica.
  3. La Power Bed Fusion è invece il sistema di stampa più avanzato, e quello che rappresenta a tutti gli effetti il futuro. Un raggio laser fonde la polvere metallica – particelle perfettamente sferiche, dalle dimensioni infinitesimali – adagiata su un letto, strato per strato. La costruzione del pezzo è lenta, ma gli oggetti realizzati sono solidi e durevoli. Le compagnie di riferimento mondiali per la stampa su metallo utilizzano proprio questa tecnologia e, mentre leggi questo articolo, altre la stanno adottando.

La stampa 3D comporta numerosi vantaggi nella filiera della lavorazione dei metalli, ed è proprio la combinazione di potenzialità strumentali e progettazione a renderli possibili.

Prima di tutto, permette di produrre elementi “topologicamente ottimizzati”, nei quali cioè il materiale è distribuito in modo uniforme o, viceversa, controllato per far sì che, ad esempio, parti specifiche del pezzo abbiano spessori maggiori o strutture interne differenti, studiate per sopportare stress diversi.

Il peso degli oggetti subisce così una drastica riduzione, mentre la quantità di materiale di scarto viene ridotta al minimo. Per lo stesso motivo, il consumo di energia in fase di produzione è molto più basso, rispetto a quello delle tecniche di metallurgia tradizionali.

In generale, gli elementi stampati possono essere resistenti come le loro controparti ottenute per fusione, e avere proprietà meccaniche equivalenti. Inoltre, la porosità di un oggetto realizzato con una buona stampante può raggiungere una densità del 99,5%.

La risoluzione possibile con le macchine più moderne è già altissima, e sta migliorando esponenzialmente.

I costi

Una grande differenza, rispetto alla stampa 3D su materiali plastici, è il contesto produttivo nel quale si opera. Mentre la stampa 3D nasceva come sistema fai da te, la stampa di leghe metalliche non è certo ancora una tecnologia “casalinga” – si stima infatti che non vedremo stampanti 3D per metalli nelle nostre case prima del 2020.

La stampa 3D su metalli è un processo che richiede una filiera di tipo industriale. Il costo di una stampante performante si aggira ancora sull’ordine delle centinaia di migliaia di euro. Sono necessarie una formazione completa degli operatori, una manutenzione sistematica e attenta, e processi ugualmente raffinati per la finitura delle parti stampate.

I problemi che la tecnologia porta comporta sono fondamentalmente dello stesso ordine di quelli delle stampanti 3D per materie plastiche: le limitazioni software e hardware, la scalabilità dell’hardware, la formazione dei progettisti e utilizzatori e l’aggiornamento a processi di design o produttivi nuovi.

È un ambito dove la ricerca scientifica e l’ideazione di soluzioni innovative la fanno da padrona.

Per avere un’idea dell’orizzonte tecnologico nel quale ci si dovrà muovere, il progetto HRL prevede l’inserimento nella polvere metallica con la quale si realizza la stampa 3D di nanoparticelle di idrogeno e zirconio, che consentono di innescare un processo fisico-chimico – la nucleazione, scoperta 70 anni fa – per ovviare ai problemi di solidificazione delle parti stampate con leghe di alluminio.

Particolarmente insidiose nei processi di stampa 3D sono queste le leghe utilizzate nell’automotive e nell’aerospaziale: proprio gli ambiti nei quali la tecnica potrebbe essere utilizzata con maggior vantaggio.

 

A ogni settore la sua stampa

I campi di utilizzo delle produzioni in stampa 3D su metalli sono innumerevoli.

Nel settore medico e dentistico a fare gola è la possibilità di poter progettare – e realizzare – il singolo pezzo su misura, per soddisfare le richieste del singolo caso. La Selltek produce macchine per la prototipazione ad alta qualità, che consentono di stampare in oltre quindici leghe metalliche, tra le quali figurano alcune leghe per la stampa medicale. L’utilizzo di particelle metalliche di diametro attorno ai 5 micron consente di realizzare superfici precise, dalla qualità altissima, di complessità prima inimmaginabile. L’azienda utilizza brevetti della 3D System per raggiungere la massima densità e la migliore purezza chimica dei prodotti attraverso la tecnologia additiva più innovativa.

Nell’oreficeria la stampa in 3D si appresta a rivoluzionare la realizzazione dei gioielli. Se l’approccio sembrava inizialmente limitato alla stampa su cera dei modelli, che andavano poi comunque ultimati con tecniche tradizionali, ora si stanno realizzando strumenti in grado di stampare direttamente in titanio, permettendo tra l’altro di elaborare design altrimenti irrealizzabili con tecniche tradizionali. Sono già numerosi i service di prototipazione e stampa attivi in questo settore.

Nell’automotive, BMW e Audi usano la stampa 3D su metallo per la prototipazione già da alcuni anni, ma di recente se ne sta prendendo in considerazione l’uso per la produzione di parti destinate al mercato.

E poi c’è l’aereospaziale, dove la tecnologia tradizionale di produzione degli elementi comporta scarti enormi in fase di produzione e dove la possibilità di ridurre il peso delle parti è un ambito traguardo produttivo.

E ancora una volta, l’eccellenza è italiana.

Pioniera della stampa in 3D, la piemontese Ge-Avio Aero ha costruito la prima fabbrica basata sul 3D printing al mondo. L’azienda costruisce tra gli altri i componenti per i motori LEAP – stato dell’arte dell’aviazione, e si appresta a produrre, nel suo stabilimento di Brindisi, i componenti per i motori ATP (Advanced Turboprop) destinati al mercato internazionale General Aviation. Nel 2018 le stampanti, altamente innovative, verranno installate nello stabilimento e per l’anno successivo se ne prevede l’entrata in produzione.

È il culmine di un processo di ricerca e sviluppo molto lungo: i primi prototipi sono stati prodotti dieci anni fa. Investendo pesantemente nello sviluppo tecnologico, Ge-Avio Aero è stata in grado di semplificare e alleggerire i pezzi prodotti, arrivando a una produzione estremamente innovativa e, soprattutto, competitiva.

 

Storie di stampa.

Le storie di ricerca e innovazione sono ormai molte, e descrivono un panorama di sfide continue ed entusiasmo per la ricerca e l’innovazione che dovrebbe attrarre sempre più PMI.

Un’esperienza già “vecchia” – risale al 2013 – come quella che ha portato alla produzione del telaio per biciclette Renishaw, progettato e stampato per la Empire, storico brand inglese. La casa racconta come l’intero progetto, dal contatto con il cliente alla presentazione dei prototipi ad una fiera del settore, abbia richiesto venti settimane di studio, sperimentazione e aggiustamenti.

Quello della stampa 3D è un settore nel quale l’intelligenza imprenditoriale, il know-how tecnico e la voglia di raccogliere una sfida – decisamente stimolante – sono determinanti per il successo.

E poi ci sono i brevetti. Come quello della PROGEMEC, azienda di Cassino attiva nella consulenza per l’ingegneria meccanica e industriale. Suo è un prototipo di stampante 3D per metalli a basso costo in tecnologia wire arc, la combinazione cioè di una saldatrice a filo continuo e una torcia di riscaldamento sul sistema a tre assi peculiare di questi strumenti.
Si tratta per molti motivi di un progetto innovativo, perché scalabile dal punto di vista dei materiali utilizzabili e delle dimensioni del pezzo in produzione.

Il brevetto si trova a competere con i giganti dell’additive manufacturing europei ed extraeuropei ma, dopo i primi grant italiani, ha potuto usufruire dei contributi europei del progetto Horizon 2020, utilizzando i quali PROGEMEC prevede a breve l’inizio della produzione della stampante.

 

Nient’altro che l’imbarazzo della scelta.

Sono infinite le possibilità di aggiornamento della la tua azienda all’orizzonte della stampa in 3D su metallo.

Ricerca, progettazione, prototipazione, produzione: qualunque sia il tuo campo di expertise, se lavori con i metalli navigare sull’onda di questa innovazione potrà portarti solo vantaggi.

In fondo, quello che serve è chiaro: quella sintesi tutta italiana di voglia di innovare, abilità artigianale, spirito imprenditoriale ed etica del lavoro… e una forte, fortissima curiosità.

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