Alberto Bodrero

Con la nuova funziona Turbo Print la velocità raddoppia

A novembre 2019 Markforged introduce un’importante novità per la velocità delle stampanti 3D serie Industrial X7. La funzionalità Turbo Print, che consente di raddoppiare la velocità di stampa senza compromettere la qualità della superficie delle parti finite.

La funzionalità Turbo Print, che raddoppia la velocità delle stampanti 3D, é compatibile con tutte le stampanti X7 di seconda generazione. La novità è stata presentata alla fiera Formnext a Francoforte, tra il 21 e il 23 Novembre 2019 ma sarà disponibile per i clienti a partire dal 16 dicembre 2019.

Le parole del CEO Markforged sulla velocità delle stampanti 3D Markforged

“[…] Abbiamo sviluppato un modo per mantenere i nostri standard elevati anche con velocità di stampa di molto superiori” – ha affermato Greg Mark, CEO e fondatore di Markforged.

“Ora i nostri clienti saranno in grado di passare dalla progettazione alla produzione di parti funzionali due volte più velocemente, velocizzando il processo di sviluppo e garantendo un time-to-market più rapido”.

Il commento di Siemens Healthineers

“Due volte più veloce significa due volte più produttivo”, ha affermato Michael Ott, Responsabile dell’Innovazione di Produzione presso Siemens Healthineers in Germania.

“Abbiamo ricevuto la nostra Markforged X7 a settembre e siamo rimasti entusiasti dei risultati ottenuti finora. La finitura superficiale non ha eguali e possiamo personalizzare le nostre parti per renderle eccezionalmente resistenti e ultraleggere. Quindi, con questa nuova funzione, saremo in grado di realizzare parti in metà del tempo. “

La Turbo Print uscirà il 16 dicembre 2019 ed è compatibile con tutte le stampanti 3D X7 di seconda generazione. Da quando é in vendita, giugno 2019, le stampanti di seconda generazione hanno ulteriormente migliorato la qualità e l’affidabilità della linea di stampanti 3D in fibra di carbonio. Infatti, da adesso consentono l’introduzione di nuove funzionalità come la Turbo Print.

Markforged continua a stupire con la sua fame di innovazione, mettendo a disposizione degli utenti due nuovi materiali delle stampanti 3D: un Nylon bianco ed un Onyx FR (Ritardante di Fiamma). Si estendono, quindi, le applicazioni possibili, senza dimenticare l’unicità di Markforged nel poter rinforzare il tutto in fibra lunga.

È chiaro che l’Onyx FR costituisca la migliore scelta per tutte quelle applicazioni che richiedono proprietà di alta resistenza, basso peso e ritardanti di fiamma. I settori dell’Aereospace, dell’Automotive e dell’Elettronica sono solo alcuni dei possibili campi applicativi dell’ennesimo successo di Markforged in termini di materiali altamente performanti.

Se Additive Manufacturing vuol dire prima di tutto innovazione, allora Markforged è partita con il piede giusto: alla tecnologia Continuous Fiber Fabrication si affiancano adesso due nuovi materiali, il Nylon bianco e l’Onyx FR (ritardante di fiamma).  È importante mettere in chiaro subito due cose:

• il Nylon è processabile sulla Markforged Mark Two e sulla Industrial X7 (con la possibilità, inoltre, di poter stampare pezzi parte in Onyx e parte in Nylon);
• l’Onyx FR è, invece, processabile esclusivamente sulle stampanti della linea Industrial: dalla X3 alla X7.

Con il Nylon bianco è possibile modulare ancor di più le caratteristiche meccaniche dei componenti rinforzati in Fibra. Una combinazione Nylon + Fibra, infatti, potrebbe conferire rigidezza ed un buon grado di deformabilità. Con l’Onyx FR è possibile ottenere le stesse caratteristiche meccaniche dell’Onyx classico, ma con l’aggiunta della caratteristica di ritardante di fiamma.

I materiali delle stampanti 3D Markforged

Matrice in Plastica:

• Onyx (Resistenza massima di 81 MPa): è un nylon rinforzato con particelle di fibra di carbonio “sminuzzate”. È circa 1,4 volte più forte e più rigido dell’ABS e può essere rinforzato con qualsiasi fibra continua. L’Onyx presenta un’ottima finitura superficiale, buona resistività chimica e resistenza al calore.
• Onyx FR (Resistenza massima di 79 MPa): raggiunge il grado V-0 sul test di infiammabilità UL94 e presenta delle proprietà meccaniche praticamente identiche a quelle dell’Onyx classico. Tuttavia, a differenza di quest’ultimo, può essere utilizzato in quei campi in cui è richiesto un materiale ritardante di fiamma.
• Nylon Bianco (Resistenza massima di 50 MPa): le parti in Nylon bianche sono lisce, non abrasive e facilmente verniciabili. Tale materiale può essere inforzato con qualsiasi fibra continua.

Rinforzo in fibra lunga:

• Fibra di Carbonio (resistenza massima: 540 MPa): ha il più alto rapporto resistenza / massa delle fibre rinforzanti. Essendo circa sei volte più resistente e venti volte più rigido dell’Onyx, il rinforzo in fibra di carbonio è comunemente usato per le parti che sostituiscono quelle tradizionalmente realizzate in alluminio.
• Fibra di Vetro (resistenza massima 200 MPa): la fibra di vetro è la cosiddetta fibra “Entry-level”, che offre un’elevata resistenza ad un prezzo accessibile (circa 3 volte più resistente e otto volte più rigido dell’Onyx). Con la fibra di vetro, quindi, è possibile realizzare componenti solidi e robusti.
• Fibra di Kevlar (resistenza massima 240 MPa): possiede un’eccellente durata, rendendolo ottimale per le parti che sono sottoposte a carichi ripetuti ed impulsivi. È molto più flessibile della fibra di vetro.
• Fibra di Vetro HSHT (resistenza massima 420 MPa): ha una resistenza simile a quella dell’alluminio ed una buona resistenza al calore. I componenti realizzati con tale rinforzo sono circa cinque volte più resistente dell’Onyx e sette volte più rigidi.

In definitiva, Markforged si conferma, ancora una volta, un’azienda assolutamente innovativa con dei prodotti di elevatissima qualità sia estetica che meccanica. L’aggiunta di questi nuovi materiali, inoltre, garantisce la possibilità di avere ulteriori applicazioni. E ce ne sono in arrivo molti altri…

Quando si parla di materiali polimerici ritardanti di fiamma (flame retardant o FR), si intendono tutti quei materiali la cui composizione chimica è tale da garantire determinate proprietà a vantaggio di alcune ed a scapito di altre. In quest’articolo verranno trattate tali peculiarità e verrà analizzato l’Onyx FR, materiale ritardante di fiamma delle stampanti 3D Markforged, che tanto sta rivoluzionando il mondo della stampa 3D in ambito di materiali FR.

I polimeri e la loro predisposizione alla combustione

I materiali polimerici tendono a bruciare in presenza di una fiamma. Tuttavia, alcuni di questi bruciano con più facilità e più velocemente (ad esempio, Polietilene e Polipropilene) rispetto ad altri (PTFE, ovvero il teflon).

A cosa è dovuto questo problema? Esiste un parametro, il LOI (Limit Oxygen Index), che indica la quantità minima di ossigeno che deve essere presente per sostenere la combustione di un dato materiale. Visto che nell’atmosfera la concentrazione di ossigeno è pari a circa il 20%, valori di LOI maggiori di 20 contraddistinguono materiali che tendono a spegnere la combustione autonomamente, mentre valori inferiori indicano che c’è abbastanza ossigeno nell’aria per sostenere la combustione di quel materiale.

Come regola generale, tranne alcune eccezioni, si può affermare che la presenza di ossigeno e di altri eteroatomi nella catena polimerica tende ad aumentare i valori questo parametro. Per avere un’idea, viene riportata, in Figura 1, una tabella con alcuni polimeri ed il relativo LOI.

Come funziona un additivo FR

Prima di elencare i vari meccanismi che rendono un materiale ritardante di fiamma, è bene ricordare che la combustione può avvenire in diversi modi: in fase condensata (nel solido) ed in fase vapore. La reazione produce calore e radiazioni elettromagnetiche, tant’è che a volte la fiamma non è nemmeno presente.

La combustione è quindi una reazione chimica esotermica (cioè che rilascia calore).

I meccanismi FR sono i seguenti:

• Sviluppo di calore, senza principio di incendio. Si basa su additivi che riescono a raffreddare il materiale e a diluire i gas combustibili. Questo metodo, però, compromette le proprietà meccaniche;
• Gas Phase, che consiste nel catturare tutti quegli elementi che favorirebbero la continuazione della combustione. Questo metodo intacca di pochissimo le proprietà meccaniche del materiale plastico che si sta lavorando;
• Metodo Char. In buona sostanza, nel momento in cui il materiale viene sottoposto ad un principio di incendio, si crea una “crosta” carboniosa che interrompe la combustione. Per quanto tale metodo sia efficace, la composizione chimica necessaria per attuarlo rende il materiale poco versatile e con proprietà meccaniche molto basse;
• Meccanismo a intumescenza. Molto simile al precedente, questo metodo FR consente la possibilità di formare, in presenza di fiamma, una “schiuma” carboniosa protettiva. Il materiale così formato diventa, però, igroscopico e ne vengono compromesse le proprietà meccaniche alla base;
• Meccanismo di dripping. Si tratta di un metodo particolare, il cui effetto varia da materiale a materiale. Ad esempio, in alcuni casi la composizione chimica di un polimero FR formato con dripping fa si che il materiale, in presenza di fiamma, tenda a diminuire la lunghezza delle sue catene polimeriche, creando un effetto “gocciolamento” del materiale e non una fiamma. Tuttavia, i materiali così trattati hanno una scarsa stabilità termica.

Onyx FR, un grande successo per Markforged

L’Onyx FR, disponibile per le stampanti della linea Industrial, è un ritardante di fiamma delle stampanti 3D Markforged che riesce a mantenere le caratteristiche meccaniche e di lavorabilità praticamente identiche a quelle dell’Onyx classico. Ciò costituisce un grande successo per Markforged visto che, come analizzato sopra, è molto difficile ottenere un buon compromesso tra le proprietà fisiche, meccaniche e l’autoestinguenza della fiamma.

È chiaro che l’Onyx FR costituisca la migliore scelta per tutte quelle applicazioni che richiedono proprietà di alta resistenza, basso peso e ritardanti di fiamma. I settori dell’Aereospace, dell’Automotive e dell’Elettronica sono solo alcuni dei possibili campi applicativi dell’ennesimo successo di Markforged in termini di materiali altamente performanti.

Markforged ha portato la stampa 3D alla portata di tutti, realizzando stampanti di fabbricazione additiva basate sul sistema “Continuous Fiber Reinforcement (CFR)”.

Questo sistema consiste nel rinforzare con la fibra continua (di Vetro, Kevlar e Carbonio) la matrice polimerica composta da nylon con microparticelle di carbonio (le matrici a disposizione sono: Onyx, Onyx FR e Onyx ESD ).

Ciò rende il processo di prototipazione più semplice e conveniente. Ottenere parti definitive o prototipi funzionali in breve tempo e con qualità meccaniche ed estetiche molto alte garantisce alle aziende un abbattimento significativo di tempi e costi.

Come funzionano le stampanti 3D Markforged

La stampante ha due ugelli di stampa:

• 1. uno che fissa un filamento polimerico, la matrice, che solitamente può essere Onyx, Onyx FR (ritardante di fiamma) e Onyx ESD (antistatico);
  
• 2. il secondo deposita un rinforzo in fibra continua sullo strato desiderato (scelto in modo appropriato sul software proprietario e gratuito Eiger).

Mentre molti materiali di stampa 3D sono costituiti da filamenti di fibra di carbonio tritati, le fibre continue di Markforged aumentano la resistenza a trazione e alla flessione, rispetto ai primi, di un ordine di grandezza.

Questo vuol dire che, ad esempio, dati due componenti uguali A e B, di cui il primo rinforzato con fibre corte ed il secondo con fibra lunga, le loro caratteristiche meccaniche sono completamente diverse.

Quello rinforzato in fibra lunga (B) è molto più resistente e performante rispetto al componente rinforzato con la semplice fibra corta (A).

Eiger, il software gratuito per uno slicing scaccia pensieri

Ciò che spesso manca tra l’utente e la macchina di fabbricazione additiva è un’interfaccia software semplice ed efficace che consenta di gestire al meglio le esigenze progettuali e la messa in macchina del componente.

Quest’ultima fase diventa quella più delicata nel contesto di stampa 3D, perché è quella che garantisce un’efficiente riuscita del processo finale. Markforged, nell’ingegnerizzazione dei propri prodotti, ha messo a punto un software dedicato, di nome Eiger.

Quest’ultimo, oltre ad essere semplice ed intuitivo, consente di:

• orientare la parte;
  
• prevedere i supporti (messi in automatico una volta eseguito il punto 1);
  
• predisporre la tipologia di materiale con conseguente infill (triangolare, esagonale, rettangolare o pieno e con densità finale della parte modulabile);
  
• scegliere il tipo e la disposizione del rinforzo in fibra continua;
  
• fare lo slicing di quanto impostato nei punti precedenti. 

Non solo: come si evince dalla figura qui sopra, Eiger mostra costi, tempi e materiale utilizzato per la stampa del componente. Ciò permette di avere un’idea precisa e accurata di quello che sarà il processo finale di stampa 3D.

Rinforzo in fibra continua, disposizione “concentrica o “isotropica”

Il sistema Eiger permette alle stampanti 3D Markforged di gestire al meglio la disposizione della fibra lunga sulla parte, secondo due logiche distinte:

• disposizione “concentrica”, nel quale viene fatto un offset del contorno della parte e disposto il rinforzo (è possibile scegliere quanti “offset” mettere e, in più, se farlo lungo le pareti più esterne, in quelle più interne o su entrambi);
  
• disposizione “isotropica”, che simula i singoli strati unidirezionali di un composito laminato tradizionale (dispone, in altri termini, il rinforzo seguendo la logica della “serpentina”). Eiger, in questo caso, dispone i vari strati di “serpentine” orientati a 45° rispetto al layer precedente.

Si noti che Eiger dà la possibilità di disporre il rinforzo layer per layer: questo vuol dire che diventa possibile realizzare parti con strutture a sandwich combinate (ad es. concentrico + isotropico + concentrico).

Conclusioni

Il sistema di stampa 3D Markforged consente di gestire dall’inizio alla fine il processo di stampa 3D. Il tutto, grazie ad una suite completa che include macchina di fabbricazione additiva, materiali e software di gestione gratuito.

Le stampanti 3D Markforged consentono, quindi, di assecondare le più svariate richieste del progettista.

Domanda, ma le stampanti 3D e CNC sono tecnologie in competizione?

È ormai risaputo che l’Additive Manufacturing non ponga limiti sulla complessità geometrica di un pezzo da produrre, ma ha dei limiti relativi al volume di lavoro. Questo mette in evidenza il fatto che la fabbricazione additiva non sostituisce le tecniche tradizionali, ma è un ausilio di grande importanza per la produzione di parti specifiche ad alta complessità e senza problemi di manutenzione e lead time.

Che differenza c’è tra le stampanti 3D e le macchine CNC?

La lavorazione con macchine CNC è un’opzione tradizionale ma spesso importante per la produzione di grosse parti in serie. Viene, però, spesso riscontrato che il costo di realizzazione di parti in CNC va ben oltre il budget a disposizione. E i tempi di consegna sono troppo lunghi.

Un’altra strada che le aziende provano a percorrere quando si tratta di commissionare la produzione di parti é il service di realizzazione parti con tecnologia DMLS. Questi hanno, inizialmente, costi molto interessanti ma, se sommati ai tempi di consegna variabili e difficili da prevedere, la soluzione perde molti dei vantaggi iniziali.

Infatti, le aziende che fanno produzione cercano di ridurre i costi delle commesse e migliorare i tempi di consegna. Per controllare questi fattori, determinanti per esser competitivi nel mercato, la soluzione migliore è quella di internalizzare la tecnologia per la realizzazione di parti on demand, di alta complessità e con i tempi di produzione sempre prevedibili.

Ogni azienda vuole una soluzione sicura, facile da usare e che rientri nel suo budget. Esistono tecnologie che sappiano offrire questi vantaggi?

I vantaggi della stampa 3D

Per approfondire il discorso sulla differenza tra stampanti 3D e CNC, proviamo a schematizzare i vantaggi della stampa 3D, distinguendo separatamente tra processo e prodotto. In particolare, per il processo valgono i seguenti punti:

1. una sola macchina in grado di realizzare forme illimitate;
2. assenza di attrezzature e di dispositivi di bloccaggio (cosa impossibile in una fresatrice);
3. un solo step produttivo;
4. sottosquadri ammessi;
5. minimo intervento dell’operatore;
6. tempi e costi legati solo alle dimensioni e non alla complessità del pezzo.

Ciò che deve essere chiaro è che, a livello di costi, una macchina CNC necessita di un grosso investimento iniziale, soprattutto se si aggiunge il fatto che è sempre necessario un operatore specializzato al suo fianco. Una CNC, inoltre, richiede importanti costi di manutenzione oltre che una gestione dei trucioli. La stampante 3D Markforged Metal X, a differenza delle macchine CNC, ha costi decisamente più accessibili per tutti, tempi di realizzazione legati soltanto alla grandezza della parte da stampare e costi di manutenzione irrisori.

Conclusioni

In definitiva, l’Additive Manufacturing è ormai una tecnologia consolidata che si affianca alla manifattura sottrattiva, da tempo presente nel mondo dell’industria manifatturiera.

Al progettista è richiesto di pensare in modo “additivo”, ovvero uscire dagli schemi che tanto hanno segnato la progettazione degli ultimi anni, per entrare nella sempre più consolidata ottica del “Design for Free”, ovvero libertà estrema di progettazione a costi relativamente contenuti.

Le parti stampate con il sistema ADAM di Markforged hanno delle caratteristiche meccaniche che dipendono dal materiale con cui sono state realizzate. È possibile, a tale proposito, prendere visione delle schede tecniche dei materiali attualmente disponibili: Rame puro, Acciaio Inox 17-4 PH, Acciai per utensili H13, Acciai per utensili A2 e D2, Inconel 625.