Le stampante 3D Markforged per metallo e materiali compositi ha fatto irruzione nel mercato della produzione additiva con un nuovo materiale, il Rame puro, che va a unirsi agli altri materiali come l’Acciaio 17-4PH, gli Acciai per utensili A2, D2 e H13, e l’Inconel 625.
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Giovedì 14 Maggio 2020 – h. 11:00
Il Rame puro
Il rame è un metallo morbido e duttile, utilizzato principalmente per la sua conducibilità elettrica e termica. L’elevata conduttività, lo rende un materiale altamente prestante per applicazioni come dissipatori e scambiatori di calore, componenti per saldatura a punti, antenne per comunicazioni RF e altro ancora. La possibilità di
stampare rame puro, utilizzando la tecnologia Markforged Metal X (ADAM), consente di realizzare parti geometricamente e termodinamicamente ottimizzate. Il rame puro, utilizzato nel mondo della fabbricazione additiva, si distingue dal fratello legato con cromo e zirconio (CuCrZr), molto più affine alle applicazioni puramente meccaniche. L’acronimo sta per Atomic Diffusion Additive Manufacturing.
La composizione del sistema Metal X
Nella figura, viene riportata un’immagine in cui è presente il sistema completo di stampanti 3D Markforged per metallo:
- La macchina di fabbricazione additiva (a sinistra). Quest’ultima ha una piattaforma di costruzione di (300 x 220 x 180) mm, con camera di lavoro riscaldata, due ugelli (uno per il materiale del pezzo ed uno per il supporto) ed una risoluzione massima di 50 μm;
- Il Wash (al centro), che serve a rimuovere il legante primario dalla “Green Part” e inizializzare quello che poi sarà il processo finale di sinterizzazione;
- Il Sinter (a destra) che ultima il processo dando alla parte le proprietà geometriche e meccaniche finali.
Il processo di stampa 3D
In sostanza, nella macchina di fabbricazione additiva viene realizzata quella che sia chiama “Green Part”, ovvero un manufatto con delle dimensioni superiori rispetto a quelle nominali, in quanto tale parte è costituita da una miscela metallica più un legante. Una volta terminato il processo di “stampa”, la “Green Part” viene immersa in un particolare liquido contenuto nel “Wash”, che andrà a formare la “Brown Part”: quest’ultima avrà le caratteristiche necessarie (a livello fisico e chimico) per essere sottoposta al processo finale di sinterizzazione.
In quest’ultima fase, sarà possibile ottenere la parte con le dimensioni nominali del Cad. Il processo ha una tolleranza dell’ordine del decimo. Le parti così realizzate hanno una finitura superficiale abbastanza buona (chiaramente, per una finitura superficiale migliore o a specchio sarà necessario prevedere un sovrametallo ed una successiva lavorazione). Tale processo richiede l’uso di supporti, che vengono realizzati nello stesso materiale della “Green Part” e vengono tolti appena dopo il processo di sinterizzazione. Alla fine di tale fase, essi sono costituiti da metallo più un materiale friabile, secondo lo schema che segue:
- Primo strato di materiale ceramico tra la piattaforma ed il resto del supporto;
- Secondo strato di materiale ceramico tra il supporto ed il pezzo.
Rame, composizione e caratteristiche
Analizziamo, insieme, le sue caratteristiche fisiche e metallografiche:
- Composizione chimica: 99,8 % di Cu (minimo garantito). Questo è già un dato fondamentale, in quanto si è sicuri di avere un elevato grado di purezza dopo il processo di sinterizzazione.
Le percentuali massime di eventuali elementi chimici estranei alla composizione del Cu puro, hanno, quindi, una percentuale in volume massima pari a 0,2 %. - Conducibilità termica pari a 350 W/mk;
- Conducibilità elettrica pari a 84 % (IACS, relativo al valore massimo presente in letteratura tecnica pari al 102 %);
- Porosità residue pari a 2% (valore massimo).
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