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Stampante 3D per il metallo: tecnologia, produttori e vantaggi
La stampante 3D a metallo è un sogno che si concretizza a metà anni ’90 sull’onda dell’invenzione della stampa 3D per i materiali polimerici.
Storia dell’Additive Manufacturing tradizionale con tecnologia LPBF (SLM, DMLS, DMP)
Ci sono diverse tecnologie di stampa 3D per metallo. Vediamone alcune per capire, oltre al loro funzionamento, anche i vantaggi dell’utilizzo di una piuttosto che dell’altra.
LPBF (Laser Powder Bed Fusion)
Quando nel 1995 la SLM Solution e la EOS inventarono le stampanti 3D a fusione laser a letto di polvere (Laser Powder Bed Fusion, LPBF) fu una vera e propria rivoluzione. Finalmente, sarebbe stato possibile realizzare parti complesse e di piccoli lotti senza dover impiegare macchine a controllo numerico che, come noto, oltre ad avere alti costi di accesso, sono costruite e ottimizzate per un numero molto elevato di parti.
Per quanto ogni produttore utilizzi il proprio acronimo per identificare il proprio sistema di Additive Manufacturing per metallo, la tecnologia è uguale per tutti*. Il ripiano, detto “elevatore”, si muove sull’asse z abbassandosi ogni volta che viene fuso uno strato di polvere dal laser attraverso un sistema di specchi. Con questo procedimento viene realizzato il primo layer e così di seguito fino alla realizzazione completa della parte. Ciò che si distingue in ogni tecnologia LPBF sono alcuni aspetti processuali oltre ai vari e numerosi brevetti registrati dai diversi produttori (la direzione del gas inerte, la racla, o rullo, sono solo alcuni di questi).
*SLM é un acronimo che sta per Selective Laser Melting, della SLM Solution; DMLS sta, invece, per Direct Metal Laser Sintering ed é della EOS.
Problematiche tecnologia LPBF
La complessità del processo di fusione laser a letto di polvere comporta, però, alcune problematiche di non facile gestione. Oltre alla definizione dei parametri di produzione, all’incirca 130, ogni volta costruita la parte, questa viene messa con i supporti dentro un forno per un trattamento termico che ha il fine di rilasciare gli stress residui creati al proprio interno.
L’eliminazione della polvere non solo dalla camera di lavoro ma anche dalla parte stampata, inoltre, richiede un lavoro di post processing che richiede personale specializzato. Anche la porosità della parte, i layer disgiunti e la diffusione di fumi possono essere delle problematiche per la qualità del prodotto ma anche, se inalati, per la salute degli operatori.
Produttori macchine tecnologia LPBF
Sono tanti i produttori di stampanti 3D che, come detto, utilizzano la tecnologia LPBF.
Senza voler far torti a nessuno, elenchiamo qui di seguito i principali produttori (in ordine alfabetico):
- 3D Systems
- Concept Laser
- EOS
- Prima Industrie
- Realizer
- Renishaw
- SISMA
- SLM Solution
Tecnologia ADAM della Metal X, le tre unità e le tre fasi della stampante 3D per metallo unica nel suo genere
La tecnologia ADAM (Atomic Diffusion Additive Manufacturing) prevede tre unità di lavorazione.
La prima, la stampante 3D ha, come prima grossa differenza rispetto alla tecnologia LPBF, una tecnica di lavorazione che prevede il filamento invece che il letto di polvere. Infatti, questa tecnologia additiva figlia dell’FDM (Fused Deposition Modeling), estrude un filamento formato da metallo + legante polimerico misto a cera. Questa tecnologia prevede due ugelli: uno per l’estrusione del filamento metallico mischiato al legante polimerico, ed uno per il materiale ceramico. Se il primo serve a costruire layer dopo layer la parte da stampare, il secondo ha lo scopo di depositare il layer di giunzione tra il piano di lavoro e il supporto, e tra il supporto e la parte. La rimozione del supporto diventa, grazie al materiale ceramico, un’operazione molto semplice da eseguire. Al termine del processo di stampa 3D del componente otteniamo quella che viene definita la “green part”.
La seconda unità si chiama Wash e ha il compito di rimuovere il legante polimerico ceroso dalle parti stampate. Dopo la stampa della parte, questa viene immersa in un solvente per un tempo stabilito dal software che dipende dal volume e dalla geometria della parte. Quando viene a termine il processo di debinding, il componente viene messo in un vano dedicato del Wash ad asciugare. Si ottiene così quella che viene chiamata la “brown part”.
L’ultima fase del processo è la sinterizzazione. La “brown part” viene inserita nel Sinter per un tempo fisso pari a circa 27 ore. Poiché il tempo dell’infornata è lo stesso anche se si tratta di più parti contemporaneamente, è buona pratica inserirne quante più possibile per ottimizzare tempi e costi di sinterizzazione. Il sinterizzatore, che ha una precisione di 125 µm, lavora con gas inerte (argon) + una miscela di idrogeno e argon. I parametri di processo, che non sono modificabili dall’utente, sono preimpostati dal produttore e variano in base al materiale scelto.
I materiali disponibili con la tecnologia ADAM
- Acciaio Inox 17-4 PH
- Acciaio Inox 316L
- Acciai per utensili A2, D2, H13
- Inconel 625
- Rame puro al 99,8%
- Ti64
Le applicazioni della stampante 3D per metallo Metal X
Sono svariate le applicazioni delle parti realizzate con la tecnologia con la stampante 3D per metallo a tecnologia ADAM. Innanzitutto, é bene tener presente che con la tecnologia menzionata, in quanto si tratta di una stampante 3D, si ragiona in termini di piccoli lotti. Realizzarli con la tecnologia LPBF, visto l’alto costo di acquisto, le attività di post processing e i DPI necessari per il pericolo di polveri metalliche nell’aria, non risulterebbe altrettanto competitivo.
Le applicazioni più comuni sono le attrezzature di produzione e gli utensili speciali. Per avere, però, una panoramica dettagliata sulle numerose applicazioni della Metal X, rimandiamo l’utente alla ricca sezione dedicata sul sito 3D Company, il partner più rinomato di Markforged: le applicazioni delle stampanti 3D Markforged.
Vantaggi tecnologia ADAM
I vantaggi più evidenti della tecnologia ADAM sono il costo d’acquisto, nettamente più contenuto rispetto alle macchine a tecnologia LPBF, e la semplicità di messa in opera. I parametri di processo, infatti, sono più semplici da gestire perchè già impostati dal produttore e ciò è, indubbiamente, un altro vantaggio del sistema in questione.
