Glossario della stampa 3D per metalli
L’elenco dei termini più importanti e più diffusi nel mondo della stampa 3D qui il testo dell'intestazione
Additive Manufacturing:
È la stessa cosa della stampa 3D solo che con il termine inglese. Costruire per addizione di materiale.
Argon:
L’argon o argo è un gas nobile del periodo 3 che costituisce circa lo 0,94% del volume dell’atmosfera terrestre.
È un gas molto pericoloso per l’uomo perché insapore, inodore e più pesante dell’aria. Questo peso specifico comporta che qualora vi sia una perdita di Argon in una stanza, l’aria inizia ad andare verso l’alto e l’Argon inizia a salire dal basso, rendendo più difficile la rilevazione.
A differenza dell’azoto, l’Argon non si mischia con l’aria ma satura gli ambienti per sostituzione, quindi rende l’ambiente pericoloso in pochissimo tempo.
Nella stampa 3D è utilizzato per la gestione e il processo di polveri reattive come: Alluminio, Titanio ecc…
Azoto:
L’azoto è il quinto elemento più abbondante nell’universo, il primo elemento per abbondanza nell’aria (di cui costituisce il 78,09%) ed è il quarto elemento più abbondante del corpo umano (di cui costituisce il 3%).
È usato dalle stampanti 3D che processano materiali non reattivi, ovvero con scarso contenuto di carbonio come: Acciaio, Bronzo, Cromo-cobalto, Rame, Oro ecc…
Binder Jetting:
In questa immagine non è compreso tutto il processo di fusione in fornace.
Courtesy of Loughborough University
Questa tecnologia nasce in realtà per i polimeri plastici e di recente è stata presentata da varie aziende come soluzione per la stampa 3D di polveri metalliche.
Il Binder Jetting (BJ) prevede l’utilizzo di un agente legante liquido selettivamente deposto su un letto di polvere di metallo. La differenza con gli altri metodi di produzione additiva sta nel fatto che non vi è una fusione della polvere, ma ipersemplificando, viene deposto, strato per strato, del materiale colloso per compattare i vari strati di polvere seguendo le geometrie del pezzo che si vuole costruire.
Per consolidare la parte stampata, dopo la fase di deposizione dell’agente colloso, il componente deve forzatamente essere messo in una fornace per far in modo che il collante si sciolga e rimanga solamente il materiale polveroso che costituisce il pezzo finale.
Il processo, dunque, si allunga parecchio, perché se in un primo momento, a causa dell’assenza di una fusione, la costruzione del componente avviene in maniera rapida, successivamente si è costretti a diverse ore di fornace per la consolidazione delle parti.
Inoltre, durante questa fase di consolidamento del componente, avviene un forte ritiro del materiale. Questo ritiro non è oggettivamente misurabile e rischia di compromettere gravemente le caratteristiche dimensionali del pezzo finale.
L-PBF (Laser Powder Bed Fusion):
Courtesy of Loughborough University
Per Powder Bed Fusion si intende la fusione di letto di polvere.
Le due tecniche di stampa 3D per metalli che prevedono l’uso di questa metodologia sono SLM (Selective Laser Melting) dove il letto di polvere viene colpito da un potente fascio laser per fondere e solidificare le particelle di polvere selezionate, e EBM (Electron Beam Melting) dove le particelle invece che da un fascio laser, sono fuse da un fascio di elettroni.
La più grande differenza tra SLM e EBM sta nel fatto che la seconda non necessita dell’uso di supporti per costruire il pezzo, ma purtroppo le macchina di stampa 3D che usano questa tecnica hanno costi anche 5 volte superiori alle altre. Questo prezzo spropositato non rende giustificabile l’acquisto di una macchina EBM.
L’uso della tecnologia PBF è quello più funzionale per le applicazioni industriali e meccaniche data la solidità strutturale e la purezza metallurgica che hanno i componenti costruiti.
Polveri non reattive:
Tutte quei materiali che hanno bassissime percentuali di carbonio all’interno.
Sono le polveri meno pericolose in circolazione perché quelle a minor rischio di combustione ed esplosioni.
Fanno parte dei materiali non reattivi: Acciaio 316L, Maraging, altri tipi di acciai, Rame, Bronzo, Cromo-cobalto, Oro ecc.
Polveri per stampa 3D:
Per stampare in 3D con tecnologia a fusione di letto di polvere (e non solo), è necessario l’utilizzo dei materiali sotto forma di polveri.
Possono esserci polveri plastiche e di metalli.
La gestione delle polveri, di qualsiasi natura esse siano è di fondamentali importanza. La cura e la gestione di queste polveri è fattore di grande disinformazione all’interno del mondo della stampa 3D.
Spesso i produttori di stampanti 3D costringono i propri clienti a comprare le polveri solo da loro, chiudendo i macchinari all’utilizzo di solo quelle polveri.
Questo aspetto aumenta di molto i costi che ogni impresa deve sostenere per produrre con stampa 3D i propri componenti.
Polveri reattive:
Tutte quelle polveri ad elevato rischio di esplosione e combustione che contengono alte percentuali di carbonio.
Per poter stampare questi materiali è necessario utilizzare il gas Argon come gas inerte nella camera di stampa.
L’uso di questi tipi di materiali comporta un’innalzamento dei rischi per gli operatori che devono maneggiare queste polveri e, di conseguenza, aumentano anche i costi per la gestione dei macchinari che processano questi materiali.
I materiali reattivi più diffusi sono Alluminio e Titanio.
PSD (Particle Size Distribution):
Distribuzione granulometrica delle polveri. Questo parametro relativo ai materiali da processare con tecnologie a letto di polvere e DED, è di fondamentale importanza nella valutazione della qualità della materia prima. In linea generale la distribuzione granulometrica delle polveri di metallo per AM ha un andamento gaussiano, partendo da un valore minimo detto D10 (che si aggira intorno ai 0.015 mm) ad un valore massimo detto D90 (che può arrivare anche a 0.07), tuttavia il valore più significativo è rappresentato dal valore medio (D50) che indica il valore di distribuzione maggiormente diffuso della polvere selezionata.
Rapid Prototyping:
Come facilmente traducibile dall’inglese è la Prototipazione Rapida. Uno dei benefici principali delle tecnologie additive è quello di poter costruire prototipi in molto meno tempodi quanto si faceva prima dell’avvento della stampa 3D. Si ha quindi la possibilità di disporre di prototipi in brevissimo tempo.
Recoater:
Sistema di spatolatura del layer di polvere necessario per la costruzione additiva. Può essere di vari tipologie subordinate al materiale utilizzato per il labbro. Da hard recoating, spatola di metallo a soft recoating, spatola di plastica/silicone.
Il recoating, ovvero il tempo di spatolatura di ogni layer di polvere è un fattore fondamentale da valutare nelle performance di ogni macchina letto di polvere poiché universale e sempre presente in ogni processo produttivo.
Stampa 3D:
La costruzione di oggetti tridimensionali per addizione di materiale.
In poche parole è il contrario della creazione di oggetti attraverso la sottrazione di pezzi di materiale dal blocco primario.
Le tecniche di stampa 3D sono molteplici: FDM, PBF, DED, Binder Jetting ecc…
Per la costruzione di componenti resistenti in metallo, idonei per l’applicazione meccanica e industriale, la tecnologia principe rimane la PBF (Powder Bed Fusion – Fusione di letto di polvere).
Stampante 3D generalista:
Una macchina per la costruzione additiva che permette l’uso di diversi tipi di materiali e di diversi tipi di gas inerti.
È un macchinario più indicato per la prototipazione grazie appunto alla possibilità di costruzione con diversi materiali, ma non adeguata alla produzione industriale a causa dell’enorme mole di costi di gestione.
La quasi totalità delle stampanti 3D al mondo è generalista e per questo il mondo dell’additive manufacturing è ancora lontano da un approccio industriale per la produzione di parti e componenti.
Stampante 3D specialista:
Una macchina per la costruzione additiva specializzata nell’uso di un materiale o nell’uso di una sola famiglia di materiali.
Grazie a questa specializzazione è possibile abbattere i costi di gestione di una stampante 3D rendendola ideale per la produzione industriale.
Una stampante 3D diventa specialista quando è costruita con componenti e parti funzionali all’uso di un determinato tipo di materiale e quindi ottimizza tutto il processo di produzione velocizzandolo notevolmente.