Appunti di Ingegneria inversa e produzione additiva

SVANTAGGI:

- Tempi di costruzione elevati

- Limitata scelta nei materiali

- Non adatta per pezzi di grandi dimensioni per i lunghi tempi di costruzione ed i

ridotti volumi di lavoro

11) BJ

11.1) Binder Jetting Il materiale di base, sotto forma di

polvere (no supporti), viene distribuito in

uno strato sottile e la testina di stampa

deposita l’agente legante (misto a

colore) solidificando la sezione.

Sebbene i costi siano paragonabili a

quelle dell’FDM, quest’ultima tecnologia

è da preferire quando i pezzi sono

destinati a prove funzionali.

Tutta la polvere che entra in macchina

alla fine diventa modello senza sprechi o

perdite dato che il caricamento, la rimozione e il recupero avvengono in un

sistema a ciclo chiuso.

PROCESSO:

- Dopo aver effettuato lo slicing, si riscalda l’aria all’interno della camera di

lavoro per creare l’ambiente ottimale per la stampa

- Si depone uno strato di polvere cosi ché i pezzi rimangano su questo a fine

stampa

- La macchina deposita la polvere dall’alimentatore situato nella parte

posteriore formando uno strato di 0,1 mm

- Il carrello di stampa si sposta depositando il collante (con i vari inchiostri)

- Tramite un pistone, la camera di lavoro viene abbassata per consentire una

nuova deposizione di polvere

- Una volta completata la stampa, il modello rimane nella polvere per

l’indurimento, al termine del quale la macchina rimuove automaticamente

gran parte della polvere tramite aspirazione e vibrazione della camera di

lavoro

- La polvere aspirata viene filtrata e reinserita dell’alimentatore per nuove

operazioni

- Il pezzo viene ripulito dalla polvere rimanente con aria compressa

infiltrazione

I pezzi vengono soggetti ad un trattamento di (gli infiltranti sono

materiali resinosi che vengono depositati sulla superficie del modello per

immersione) per ottimizzare la resistenza e la finitura.

VANTAGGI:

- Molto veloce e permette la creazione di più modelli

- Basso costo

- Nessuna perdita

SVANTAGGI:

- Finitura superficiale inferiore rispetto a SLA e SLS

- Come per la SLS il pezzo finito appare granuloso

- Proprietà dei materiali scadenti.

12) MJF

12.1) Multi Jet Fusion Depone 30 milioni di gocce al secondo

Un agente di fusione viene depositato

su un letto di polveri attivando il

processo di solidificazione e, tramite

una sorgente a infrarossi e un agente

di dettaglio delinea la geometria del

pezzo strato per strato

Non sono necessari supporti ed è

molto rapido

PROCESSO:

- Il file viene inviato alla stampante e si esegue un’operazione di nesting 3d

- build unit processing station

La viene inserita nella

- Le polveri sono caricate nella build unit prelevandole sia dalle cartucce di nuovo

materiale sia dal serbatoio del materiale di riciclo.

- Si estrae la build unit e la si inserisce nella stampante 3d

- La polvere viene estratta dal basso da un sistema a coclea dentro la build unit e

viene deposta sull’elevator da un rullo

- Il carrello di stampa riscalda la polvere tramite sorgente infrarosso e depone sia

l’agente di fusione che di dettaglio

- Tramite dei sensori si esegue una lettura della temperatura dello strato per

differenziare punto per punto il successivo riscaldamento

- Lo strato viene solidificato, l’elevatore scende e si ripete il processo

- Finita la lavorazione, la build unit viene reinserita nella processing station per il

raffreddamento e la pulizia dei pezzi (questa viene eseguita dall’operatore

tramite un aspiratore che preleva la polvere non solidificata e successivamente

inserendo i pezzi in una sabbiatrice che elimina i residui)

13) MATERIALI METALLICI

13.1) Vantaggi

1) Massima libertà in fase di progettazione

2) Massim leggerezza del componente

3) Massima personalizzazione

4) Nessun costo per la realizzazione di stampi, utensili ed attrezzature di

produzione

5) Riduzione dei costi e dei tempi

6) Riduzione dei set-up per passare dalla lavorazione di un prodotto al

successivo

7) Indipendenza dei costi di produzione dalla quantità da produrre

8) Abbattimento degli sfridi di produzione

13.2) Quality Assurance

Il test di laboratorio sulla polvere consiste nel trovare eventuali

agglomerati. Il processo di

produzione di polvere (atomizzazione) è una fase fondamentale in

quanto questa dovrà avere la forma più sferoidale possibile dato che

spigoli vivi potrebbero rovinare la racla e lo strato sottostante.

In generale è possibile schematizzare gli impianti di produzione delle

Trasformazione della materia dall’estrazione alla

polveri in quattro fasi: 1)

produzione dei semilavorati:

Tendenzialmente si cerca di non partire da elementi puri ma da leghe (più

stabili a livello termodinamico) poiché gli elementi puri tendono

maggiormente ad ossidarsi o a modificarsi rispetto ad una lega, che ha un

livello energetico più basso.

Processo di atomizzazione:

2) che può essere realizzato con diverse

tecniche con qualità e quantità diverse.

Post processing:

3) vagliatura dei feedstock tramite setacci, nei quali si

separa la polvere, a seconda della taglia dimensionale, per le varie

tecnologie (ad esempio 1-40 micron per SLM, 30-100 micron per EBM).

Validazione:

4) fase necessaria per ottenere un prodotto certificato.

.

13.3) Atomizzazione polveri

I processi di ottimizzazione più diffusi sono: Water atomization, gas

atomization, sistema al plasma senza crogiolo, atomizzazione centrifuga

13.3.1) Water atomization

Si parte da un bagno fuso contenuto in un crogiolo il

quale ha un ugello posizionato sul fondo che

accelera il deflusso.

Il liquido viene spruzzato e raffreddato con dei getti

d’acqua e le polveri andranno sul fondo.

Questo metodo, oltre ad essere limitato nella

tipologia di materiali lavorabili non produce polveri

perfettamente sferiche ma, variando la pressione se

ne possono produrre di molto fini.

Le polveri vengono essiccate in forno.

13.3.2) Gas atomization Rispetto al water atomization, il

getto d’acqua è sostituito da un

flusso di gas inerte che esce da una

struttura coassiale all’ugello.

Il processo è più lungo quindi le polveri sono più

sferiche, inoltre è gestibile attraverso la

pressione all’ugello e del gas.

L’atomizzazione ha una durata maggiore consentendo di avere particelle

più sferiche. L’impianto lavora in leggera sovrappressione per garantire

bassissimi trafilamenti di ossigeno dall’esterno. Sono impianti molto

semplici a livello tecnologico ma difficili da gestire: a fine processo la

camera va lavata portandola due o tre volte sottovuoto.

13.3.3) Sistema a plasma senza crogiolo

Un filo passa attraverso un sistema di

torce al plasma che atomizzano il flusso

di materiale fuso. Il limite di questa

tecnologia è realizzare il filo di

partenza.

I costi di produzione sono più alti

e

13.3.4) Atomizzazione centrifuga

Questo sistema, ancora a livello sperimentale, utilizza la forza centrifuga

per la separazione delle particelle

14) SLM

14.1) Selective Laser Melting La SLS prende il nome di DMLS quando è

applicata a polveri metalliche (stesso

processo solo che il laser è più potente).

Nonostante siano usate polveri, quando si

utilizzano polveri metalliche si

costruiscono lo stesso dei supporti per

evitare la distorsione del pezzo dovuta al

ritiro. Le scintille vengano aspirate

affinché non creino difetti depositandosi sulla sezione.

Nel caso ci siano difetti (come inclusioni) in alcuni pezzi, il software li

individua e ne blocca la creazione cosicché alla fine ci siano pezzi perfetti.

I pezzi subiscono un trattamento di rinvenimento per ridurre le tensioni

residue.

Un’ atmosfera inerte è fondamentale per evitare che le parti metalliche

vengano contaminate dai gas reattivi presenti nell’area

PROCESSO:

1) si caricano le polveri sia prima che durante la lavorazione

2) si carica la piastra di base

3) il file STL viene esportato nella macchina

4) la camera di costruzione viene preparata rimuovendo l’aria e creando

il vuoto (affinché le parti metalliche non vengano contaminate dai gas

nell’aria)

5) si inserisce nella camera gas argon inerte

6) la polvere viene distribuita, si esegue una fusione con laser a fibra

ottica

7) la piastra si abbassa e si ripete il processo

8) una volta finito, i pezzi vengono puliti

15) EBM

15.1) Electron Beam Melting Processo analogo al SLM ma la

sorgente non è un laser ma un fascio di

elettroni: questo genera potenza più elevata

ma minor precisione per la dimensione

maggiore dello spot.

Ci deve essere il vuoto nella camera di lavoro

al fine di consentire una corretta

focalizzazione del fascio elettronico sul piano

di lavoro.

Grazie all’elevata potenza del fascio questo

processo consente alta produttività e velocità di costruzione.

La camera di lavoro è mantenuta a oltre 1000° riducendo la possibilità di

tensioni residue o crepe nel pezzo.

Il letto di polvere viene poi prima riscaldato e poi viene creata la sezione con lo

stesso fascio laser. La lavorazione ad alta temperatura rende raramente

necessari i supporti anche per l’ancoraggio alla piattaforma (essendo ridotto il

ritiro) e quindi con questa tecnologia è possibile il nesting 3D.

I supporti (zattera) sono necessari solo per mantenerli in posizione durante la

lavorazione.

Rispetto alla DMLM ci sono vantaggi e svantaggi:

VANTAGGI: niente supporti, alta produttività, basse tensioni residue (non

necessari trattamenti termici quindi)

SVANTAGGI: pezzi meno dettagliati, passaggi interni più complessi nella DMLM

16) DED

16.1) Direct Energy Deposition (Thermal spray)

Nasce come alternativa alle tradizionali forme di coating ma si è evoluto come

tecnica per la riparazione di prodotti danneggiati e la produzione additiva in

metallo.

Ha una elevata efficienza di deposizione e minori vincoli in termini di processo.

Queste tecnologie hanno alcune caratteristiche in comune:

-La presenza di un feedstock, sostanza che andrà a formare il coating o il pezzo,

generalmente in forma di polvere o filamento

- Una sorgente di calore che porta a fusione il feedstock quali laser, arco

elettrico o energia cinetica

- Un sistema che accelera e proietta il materiale, ormai in forma di particelle

microscopiche, verso il substrato (gas accelerati).

Il coating, che si viene a formare sul substrato, è il risultato dell’accumulo delle

particelle solidificate del feedstock.

16.2) Laser Engineering Net Shaping (LENS)