Appunti Ingegnerizzazione di prodotto - Parte 9/9

LINEE GUIDA GENERALI PER IL DFAM

1. Ogni tecnologia di AM si basa su propri principi e coinvolge diversi

aspetti: il materiale, lo spessore del layer, l’orientamento della parte, la

macchina usata, ecc… Quindi, è difficile per ogni tecnologia di AM, dire il

limite che quella tecnologia può raggiungere da un punto di vista

geometrico

2. Se un componente è stato progettato per essere lavorato con un centro

di lavoro, continuare a fare così: non pensare di realizzare quel

componente in AM perché sicuramente sarà più costoso e più complesso,

talvolta infattibile. È chiaro che, se devo realizzare un oggetto complesso

(ad esempio, realizzare uno stampo per pressofusione) può essere utile

l’AM perché mi permette di evitare di investire soldi per l'attrezzaggio

iniziale (costi di setup bassi). Esigenze particolari che si possono

soddisfare con l’AM sono, ad esempio, ottimizzare la forma del materiale

per ottenere una struttura leggera e resistente.

3. Fare le cose belle non è detto che costi di più! Al progettista meccanico

piace aggiungere raccordi, smussi, superfici inclinate, ecc… anche dove

non ci sono finalità funzionali; questo comporta costi maggiori se utilizzo

le tecnologie sottrattive. Invece, nell’AM il costo non aumenta se

realizziamo superfici ergonomiche o se aggiungiamo texture, indicazioni

sul componente, loghi, libertà nel miglioramento dell’estetica…

4. Raccordare tutti gli spigoli vivi per rendere più ergonomici i prodotti e per

ridurre la concentrazione di tensione. Raccordare e smussare tutti i bordi

non mi fa aumentare il costo di produzione.

5. Minimizzare il consumo di materiale: nelle tecnologie sottrattive, minore

è la rimozione di materiale meglio è perché i tempi di ciclo si riducono.

Nell’AM è l'opposto; bisogna evitare oggetti massivi (la testa di

deposizione impiegherà più tempo per coprire il materiale). Nell’AM

bisogna preferire oggetti spessorati e non pieni come nell’iniezione

plastica.

6. Progettare per evitare l’anisotropia: tutte le tecnologie di AM generano

componenti anisotropi. L'adesione tra uno strato e l'altro è inferiore

rispetto all'adesione del materiale depositato sullo stesso layer; si

genera, quindi, un’anisotropia. Questa anisotropia va gestita; può essere

ridotta, ad esempio, attraverso opportuni percorsi di stampa (di

hatching).

7. Ridurre quanto più possibile il tempo di stampa: il tempo di stampa è

determinato dalla quantità di materiale che deve essere fuso o

depositato in ciascun layer.

8. Minimizzazione le attività post-processing: siccome i supporti devono

essere rimossi, sarebbe intelligente riprogettare la parte in modo tale che

quel supporto diventi parte integrante del componente

Linee guida tecnologie AM per materiali polimerici

1. L’anisotropia è generata dalla diversa adesione che troviamo tra uno

strato e l'altro rispetto all'adesione che troviamo sullo stesso layer. Si

hanno proprietà meccaniche diverse in base alla specifica direzione;

quindi, in uno stesso componente l’anisotropia varia al variare della

direzione di stampa.

2. Non bisogna scendere al di sotto di certi spessori: per oggetti piccoli (0,6

- 2,5 mm); per oggetti grandi (3 - 5 mm). Lo spessore minimo aumenta

all’aumentare delle dimensioni del componente. Gli spessori non devono

essere troppo elevati e devono essere omogenei. Se ho bisogno di

resistenza meccanica, inserisco delle nervature con uno spessore

paragonabile a quello del componente o anche inferiore; più resistenza

meccanica serve e più nervature si mettono.

3. Supporti: tutte le tecnologie additive (tranne la sinterizzazione laser

selettiva) hanno bisogno di supporti. Bisogna considerare che i supporti

dovranno poi essere rimossi; in quelle zone dove prima c’erano i supporti

la qualità superficiale sarà penalizzata.

4. Fori: per avere una buona qualità (circolarità e cilindricità) dovrebbero

essere stampati in verticale e, quindi, l’asse del foro deve essere

parallelo alla direzione di stampa. Se, invece, fossero stampati in

orizzontale, bisogna considerare l'effetto scaletta che dipende dalla

tecnologia produttiva

5. Le nervature rendono le pareti più rigide e riducono il rischio di

distorsioni. Devono essere un po' più sottili della parete (75% dello

spessore parete), non più alte di 3 volte lo spessore, distanziate di

almeno 2 volte lo spessore e devono essere sempre raccordate con il

pezzo.

6. Evitare di avere materiale superfluo: in tal caso, i tempi di stampa

aumenterebbero e, di conseguenza, aumenterebbero anche i costi del

materiale.

7. Dettagli: non costa aggiungere dettagli. Ovviamente, ogni tecnologia ha

una propria tolleranza, una propria accuratezza e una propria risoluzione.

Tipicamente, elementi geometrici sotto 0,5 mm non sono realizzati

correttamente dalla macchina.

Linee guida per l’Estrusione di materiale (FDM)

1. L’FDM è la tecnologia più grossolana che ha accuratezza e tolleranze

basse.

2. Lo spessore del layer può essere anche variabile: se lo spessore del layer

diminuisce, riduco l’effetto scaletta e la qualità superficiale aumenta;

tuttavia, anche il tempo di stampa aumenta. Allora, per elementi

geometrici piani, il layer deve essere più spesso, in modo tale da avere

una maggiore rapidità mentre, per elementi curvi, è necessario un layer

più sottile (perché devo essere preciso).

3. Per migliorare la resa estetica del componente, le macchine differenziano

tra il percorso perimetrale e il percorso di riempimento; queste fanno

uno/due strati continui e, poi, tutto il resto viene riempito. In questo

modo riesco ad evitare il gradino sulla superficie esterna.

4. Per evitare di avere superfici da supportare, queste devono avere un

angolo minore o uguale a 45°.

5. Filettature: le filettature devono avere almeno un diametro di 5 mm e ci

deve essere almeno 1 mm tra l’estremità della vite e l’inizio del filetto.

Linee guida per tecnologie AM a letto di polvere (Powder Bed Fusion)

1. Accuratezza e tolleranze: è una tecnologia più accurata dell’estrusione

(accuratezza pari a ±0,3% del limite inferiore di ±0,3 mm). Inoltre, lo

spessore del layer deve essere pari a 0,1 mm, le tolleranze devono

essere pari a ±0,25 mm. Anche la risoluzione è più bassa rispetto all’FDM

(risoluzione FDM = 1mm; risoluzione PBF = 0,5 mm).

2. Spessore del layer: lo spessore del layer tipo è pari a 0,1 mm e le

stampanti sono più avanzate fino a 0,06 mm.

3. Spessore della parete: il valore minimo è pari a 1 mm.

4. Distanze: le distanze da lasciare tra due componenti nel momento in cui

vengono stampati contemporaneamente è pari a 0,5 mm.

5.

Linee guida per la Vat hotopolymerisation

Con questo tipo di tecnologia non abbiamo a che fare con una polvere o un

filamento riscaldato, ma con una resina speciale che polimerizza sotto l’effetto

di una sorgente laser. NB: l’asse z viene sempre inserita come direzione di

stampa.

1. Risoluzione: la risoluzione è molto bassa

2. Isotropia: l’anisotropia è quasi del tutto assente.

3. Parti cave e rimozione della resina: è importante non avere componenti

tozzi. Il guscio deve essere al massimo pari a 2 mm. Si devono

aggiungere fori di drenaggio di almeno 3,5 mm di diametro per

permettere di rimuovere la resina non polimerizzata dal pezzo che,

altrimenti, rimarrebbe intrappolata all’interno del guscio.

4. Spessore della parete: lo spessore della parete è più basso (0,4 – 0,6

mm) perché la tecnologia è più accurata.

5. Fori circolari: i fori devono avere un diametro minimo pari a 0,5 mm.

Linee guida tecnologie AM per materiali metallici

Le tecnologie AM per materiali metallici sono caratterizzate da costi più elevati

rispetto a quelli caratteristici delle tecnologie AM per materiali polimerici, sia

per il costo del materiale che per il costo del processo di stampa. Per

minimizzare quanto più possibile la massa sfruttando la complessità

geometrica si utilizzano due metodi: l’ottimizzazione topologica e le strutture a

reticolo.

1. Grandi superfici orizzontali: evitare o ridurre superfici molto estese che

sono parallele al piatto di stampa perché sono più soggette a crepe.

2. Si può considerare come angolo critico 45°, per cui le superfici che hanno

un angolo inferiore a 45° devono essere supportate.

3. Sporgenze: qualsiasi progetto con una sporgenza superiore a 0,5 mm

richiederà un supporto aggiuntivo; se non fosse così, vedremmo una

superficie molto rugosa e molto distante rispetto alla superficie nominale.

Riducendo la luce, la superficie che viene creata risulta essere

abbastanza buona.

4. Tensioni residue: se il componente non viene progettato bene, si avranno

tensioni residue che possono portare alla deformazione plastica del

componente oppure, se queste sono molto elevate, possono portare

anche a rottura del componente dopo la fase di stampa. Per non avere

tensioni residue bisogna evitare: variazioni importanti di spessore,

variazioni eccessive delle aree trasversali durante la fase di stampa,

Linee guida per la Laser Powder Bed Fusion (letto di polvere)

1. Spessore delle pareti: spessori molto bassi; lo spessore minimo è pari a

0,3 mm ma, generalmente, si predilige uno spessore minimo pari a 1

mm.

2. Fessure verticali e fori circolari: la larghezza minima per una fessura è di

0,5 mm e il diametro minimo del foro è di 0,5 mm.

3. Sporgenze verticali e perni circolari: la larghezza minima di una

sporgenza è pari a 0,5 mm e il diametro minimo di un diametro è pari a

0,5 mm.

4. Filettature delle viti: le filettature si possono realizzare direttamente in

AM con una dimensione massima di 4 mm, considerando che sarebbe

preferibile stampare le filettature in verticale.

Linee guida per il Metal Binder Jetting

Questo processo è un po' più elaborato rispetto al letto di polvere perché dalla

stampante non si tira fuori un oggetto finito ma un oggetto che dovrà poi

essere inserito all’interno di un forno.

1. Ritiro: il ritiro è altamente dipendente dalla geometria e talvolta non

uniforme.

2. Densità della parte: le parti metalliche nel Binder Jetting avranno

tipicamente una certa porosità interna.

3. La regola di progettazione più importante per il Metal Binder Jetting:

prima dell'indurimento ("stato verde") le parti sono fragili; bi