Appunti Tecnologia meccanica

LE TECNOLOGIE DI ADDITIVE MANUFACTURING

Per la prototipazione rapida e la produzione

Vengono anche definite 'fabbricazione additiva' oppure 'stampa 3D', ma in realtà la stampa 3D è il nome di una sola tecnologia di additive manufacturing. Il nome collettivo di tutte queste tecnologie è additive manufacturing. Precedentemente venivano chiamate tecnologie di prototipazione, ma oggi si preferisce chiamarle additive manufacturing.

La prototipazione rapida è una possibile applicazione di queste tecnologie, ma possono essere utilizzate anche per altri obiettivi. Oggi le tecnologie di additive manufacturing stanno raggiungendo un grado di maturità sufficiente per essere utilizzate per altri scopi (ad esempio la produzione di piccole serie di prodotti finiti).

PROTOTIPAZIONE

La prototipazione di un prodotto vuol dire usare dei prototipi, soprattutto quando si vuole realizzare un nuovo prodotto per vedere in anteprima il prodotto stesso.

I prototipi che realizziamo possono essere di diversi tipi: prototipi virtuali, prototipi di realtà virtuale (come CAD 3D) oppure fisici (pezzi reali ottenuti in prototipo in primavisione, solitamente in quantità singola non solo per avere una visione estetica, ma anche per fare delle prime analisi).

Un prototipo, oltre ad una funzione di visualizzazione, ha anche una funzione da assolvere. Durante la fase di sviluppo di un prodotto vengono realizzate le seguenti tipologie di prototipi:

• Prototipi concettuali (realizzati nelle primissime fasi di sviluppo del prodotto, per vedere come si comporta il prodotto come concetto iniziale). Il concetto iniziale può essere anche stravolto nelle successive fasi e può avere geometrie e materiali molto diversi da quelli finali.
• Prototipi funzionali (prototipi che devono funzionare bene, sono di un grado più avanzato, devono assolvere almeno una funzione finale del prodotto stesso). Il prototipo deve funzionare come funzionerebbe il prodotto.

finito;- tecnici (prototipi che quasi in tutto assomigliano al prodotto finale, possono differire per alcuni dettaglio materiali realizzabili in un’unica serie);- preserie (quando inizio a produrli con le apparecchiature definitive, ma in un numero limitato di copie).

TECNOLOGIE DI ATTIDITIVE MANUFACTURING

Le tecnologie per l’Additive Manufacturing (AM) rendono possibile la produzione in poche ore (tempi rapidi) esenza l’uso di utensili (stampi) di oggetti di geometria anche molto complessa, direttamente dal modellomatematico dell’oggetto realizzato su di un sistema CAD tridimensionale.

I processi di additive manufacturing consentono di ottenere direttamente da un modello tridimensionale delpezzo un prodotto senza bisogno di utilizzare stampi o altre attrezzature dedicate. Ad esempio, nello stampaggioad iniezione se volessi realizzare un prodotto singolo dovrei realizzare gli stampi e questi sono dedicati solo perquel prodotto in più bisogna settare i

è sulla base del materiale di partenza (liquido, polvere, solido). La maggior parte dei processi parte da materiale liquido o da polvere. I prodotti di additivemanufacturing sono tipicamente prodotti con forme complesse, non ottenibili con le tecnologie studiate fino ad ora.

STEREOLITOGRAFIA è una delle prime tecnologie sviluppate, ma è ancora oggi molto utilizzata. Tra le prime tecnologie di AM è quella tutt’oggi più utilizzata. L’acronimo è SLA (StereoLiThografy): inizialmente l’acronimo era STL, ma si utilizza questa estensione per i file di scambio dati che vengono utilizzati oggi per l’additive manufacturing e per altre applicazione (file che descrivono le geometria del pezzo come tanti piccoli triangoli); si è quindi dovuto cercare un nuovo acronimo.

Questa tecnologia è stata sviluppata negli anni ’80 e utilizza la fotopolimerizzazione di resine fotopolimeriche usando raggi ultravioletti. La macchina è

fatta da una vasca che contiene il liquido che è il fotopolimero. L'altro componente è la tavola portapezzo, che all'inizio della produzione è nella posizione più alta (si muove solo verticalmente) e sopra a questa c'è solo un velo di liquido molto sottile. Questa tavola è piena di fori quindi può spostarsi liberamente in verticale.

Un altro componente importante della macchina è il laser che ha la funzione di pennellare la superficie per fotopolimerizzare, facendolo solidificare. Il laser passa in tutti i punti della tavola in cui si deve solidificare il pezzo: quindi questa è una stampa 2D su una superficie che è quella della tavola.

Completato il primo strato, la tavola si abbassa e sopra allo strato solidificato in precedenza c'è un nuovo strato di liquido, spesso quanto il precedente. Il processo continua in questo modo, il laser passa e solidifica solo la porzione che interessa.

Questo caso. Andiamo avanti così finché realizziamo l'intero pezzo. 28.05.2018

Abbiamo una vasca di foto-polimero liquido e il pezzo viene reticolato grazie al laser, la tavola si abbassa ogni volta che completo un piano (layer). Se devo realizzare una geometria con una protuberanza (come in figura), ad una certa altezza dovrei depositare materiale dove non ho piani solidificati precedentemente che facciano da supporto, il polimero liquido quindi precipiterebbe. Nella pratica già fin dall'inizio si utilizzano delle geometrie di supporto: inizio da subito a depositare degli strati anche dove non servirebbero, come supporto. Mentre le parti del pezzo hanno una geometria piena, solida, le geometrie di supporto potrebbero essere realizzate come delle piccole colonne, sono meno dense del pezzo. La struttura portante è molto esile, non del tutto solidificata, in modo che in seguito, una volta completato il pezzo, il supporto sia semplice da rimuovere.

appena vista per ottenere una procedura operativa generale utilizzata anche per le altre tecnologie di additive manufacturing. La procedura operativa tipicamente coinvolge sei fasi:

1. Parto da un CAD solido tridimensionale o comunque da dati in 3D;
2. Da tale modello devo ottenere un file .STL che è il formato di dati fornito alle macchine per realizzare le fasi successive ('STL' deriva da 'stereolitografia');
3. Da questo file si fa lo slicing, il file viene affettato per ottenere la geometria del singolo piano;
4. Costruzione del file definitivo affettato, è il file operativo dato alla macchina, è detto final build file;
5. Fase di operazione della macchina, è la fase di fabbricazione vera e propria;
6. Eventuali fasi di post processing, come la rimozione dei supporti.

Formato .STL. È un file che approssima la geometria di partenza con delle superfici a triangoli. Convertiamo il file di partenza in un file approssimato, dove

La geometria di partenza è definita come un insieme di triangoli. Non è più un file solido, mi mostra solo la superficie.

Slicing. Dall'.STL effettuo lo slicing, cioè la superficie viene affettata. È un'operazione effettuata al calcolatore, da un software, dove importiamo i dati e questo affetta con un gap tra le singole fette pari allo spessore dell'layer che viene depositato dalla macchina. Solitamente il software è quello a bordo macchina, altre volte è un altro software settato opportunamente.

L'operatore non deve fare nulla di manuale, deve scegliere l'orientamento del pezzo, con una certa inclinazione potrei anche non avere bisogno delle geometrie di supporto. Inoltre, sempre in base all'inclinazione potrei avere una superficie finale a gradini. La superficie che ottengo è abbastanza approssimata sia per questi gradini che per i rettangoli.

In base a come oriento il pezzo posso avere una superficie rettilinea.

Un'altra a gradini, ma non tutte le superfici hanno la stessa pendenza.