Componenti lisci o ruvidi?
Uno dei più grandi dubbi, che mettono in ansia gli imprenditori e il loro reparto tecnico, riguarda la qualità finale del componente una volta stampato; in particolare il parametro che mi viene chiesto più spesso è la rugosità (RA).
È davvero questo il problema di cui ti devi preoccupare, oppure è qualcosa di risolvibile con facilità e ci sono altre questioni più serie da tenere in conto?
Lo scopriremo insieme in questo articolo.
Analizziamo, quindi, il parametro della rugosità nei componenti prodotti con la tecnologia Power Bed Fusion (fusione a letto di polvere).
Mi focalizzo su questa tecnologia perché, come vedrai, è la migliore per produrre componenti meccanici.
Durante la lavorazione con la PBF, un laser fonde il letto di polvere, strato per strato. La polvere fusa, raffreddandosi, si solidifica formando il tuo componente meccanico.
Immagina proprio degli strati come una lasagna: il componente finale verrà rugoso oppure liscio?
La stampa 3D non è altro che l’ipersemplificazione di problemi geometrici, quindi subisce l’effetto Staircase, ovvero l’effetto scala.
Invece di seguire una traiettoria lineare, la stampa 3D (qualsiasi tecnologia sfrutti) utilizza la tecnica strato per strato, formando l’effetto scala, che influisce sulla rugosità dovuto alla deviazione fra i vari livelli.
Questa deviazione si nota ancora di più in oggetti obliqui, curvi e con superfici che tendono al basso e che hanno un angolo inferiore a 45 ° rispetto alla piattaforma di costruzione.
A causa dell’effetto Staircaise non esisterà mai un componente stampato in 3D completamente liscio.
Attento però! Esistono stampanti 3D che riducono la rugosità al millesimo, tanto che ti servirebbe un microscopio per notarla
Ciò che devi verificare, ancora prima di investire in una stampante 3D, è quanto sono alti i livelli di rugosità sui TUOI componenti stampati, non suoi componenti campione che i produttori di stampanti 3D ti mostrano per convincerti a comprare.
«Eh, ma come faccio a provare una stampante 3D ancora prima di averla comprata?»
Di questo ne parleremo alla fine dell’articolo, perché prima voglio mostrarti i risultati di uno studio sulla rugosità dei componenti in 3D.
Grazie alla ricerca dell’università dell’Egitto, capiremo quali sono le regole da seguire per valutare se la stampante 3D che ti interessa si adatta alle tue esigenze produttive oppure no.
Un gruppo collaborativo di ricercatori dell’Istituto di tecnologia di Karlsruhe (KIT), Port Said University in Egitto, ha recentemente pubblicato un articolo dal titolo: Uno studio dei fattori che influenzano la ruvidità superficiale generata di superfici rivolte verso il basso nella fusione selettiva del laser.
Lo studio ha preso in considerazione gli effetti sulla rugosità di superfici stampate verso il basso di tre parametri: potenza, velocità del laser e la distanza di scansione (la distanza fra una passata e l’altra).
I risultati della ricerca hanno dimostrato che la potenza del laser non influisce sulla rugosità; mentre la velocità e la distanza di scansione sono due parametri da tenere d’occhio perché aumentano e diminuiscono la rugosità.
In particolare: aumentando la distanza di fra una passata di laser e l’altra, diminuisce la rugosità per le regioni del pezzo rivolte verso il basso.
Lo studio ha anche dimostrato come la rugosità aumenti drasticamente con superfici basse con angoli inferiori di 45 gradi, che andranno riorientati per evitare questo problema.
Da questo studio possiamo portarci a casa 4 lezioni per evitare di investire in una tecnologia che non si adatta alla tua produzione:
1) L’ottimizzazione è il primo passo della produzione additiva
Come hai visto, è molto importante orientare il componente nel modo corretto per evitare la rugosità.
L’ottimizzazione è il passaggio che permette di ingegnerizzare il disegno del tuo componente, adattandolo alla stampa 3D. C’è bisogno di un progettista, che adatti il componente alle specifiche della stampante e che tenga conto dell’applicazione finale dei pezzi da stampare.
L’impiattatore è una nuova figura lavorativa, che si occuperà di orientare il componente sul piatto di stampa nel modo migliore per evitare alti valori di rugosità e per ridurre i costi di produzione e i tempi.
Una delle mie regole della stampa 3D per l’applicazione meccanica è proprio:
non si può produrre con i metodi additivi componenti disegnati e progettati per l’asportazione truciolo
2) Scegli stampanti 3D che sfruttano la tecnologia PBF, se vuoi produrre componenti meccanici
Come puoi leggere anche in questo articolo, le tecnologie presenti sul mercato per produrre componenti metallici sono: DED (deposizione di energia diretta) e la Binder Jetting (getto di collante).
La Power Bed Fusione, diversamente dalle altre concorrenti, ti permettono di produrre componenti più densi, riducendo la rugosità. Quando le particelle metalliche si raffreddano, solidificandosi, subiscono un processo di tempra. Alla fine del processo di stampa i componenti prodotti hanno una densità metallurgica maggiore.
3) Sfrutta il potere dei sovrametalli per ridurre la rugosità dei componenti
I sovrametalli sono strati di metallo aggiunti alla superficie del componente durante la stampa. Il sovrametallo è destinato ad essere eliminato durante la post-lavorazione.
Quando andrai a togliere il guscio grezzo dal pezzo, avrai eliminato la parte più rugosa, riducendo il valore RA ai minimi termini.
Sei necessiti di rugosità basse e tolleranze al centesimo, sfrutta il potere dei sovrametalli e andrai sul sicuro.
La rugosità non è problema e con questo articolo voglio spostare la tua attenzione, non tanto su quanto sono rugosi i componenti, ma su come potrai verificare questo dato, provando una stampante 3D prima di comprarla.
Il vero problema del settore dell’additive manufacturing non ha a che fare con la rugosità dei componenti, ma con i metodi di approccio alla tecnologia usati dai produttori di stampanti 3D generalisti.
Il vero problema non è la rugosità dei componenti, ma il metodo di valutazione d’ investimento nella stampa 3D
I loro metodi di vendita non ti aiutano a capire se questa tecnologia si adatta alle tue esigenze produttive.
Il campione di prova che ti mostrano i produttori non è un dato sufficiente per valore l’impatto dell’investimento o se la tecnologia fa per te, oppure no.
Il problema che dovrà metterti dubbi, quindi, è: come faccio a provare la stampa 3D verificando tutti i dati economici, i tempi di produzioni e i valori tecnici che mi servono? Alla fine dell’articolo ti mostrerò l’unica strada possibile per provare una stampante 3D, producendo i tuoi componenti, senza comprarla.
4) Affidati a stampanti 3D personalizzate sulla tua produzione
Purtroppo le stampanti 3D per metalli che trovi sul mercato sono tutte standard, ovvero non vengono personalizzate per stampare i TUOI componenti e per lavorare al meglio nel tuo settore, ovvero il settore meccanico.
I parametri di stampa dovrebbero essere calibrati sul tipo di componenti che devi produrre e sulla loro applicazione finale.
Ricordati sempre la terza regola del Metodo CorSystem:
la stampante 3D deve essere personalizzata e cucita sulle tue esigenze come un abito di sartoria
La stampante 3D adatta a te è quella che soddisfa le tue esigenze produttive e che tiene conto dell’applicazione finale dei tuoi componenti.
Io posso dirti quanto è il parametro di rugosità di una stampante 3D4STEEL (prima stampante 3D mondo specializzata sugli acciai), ma dovrei comunque fare un test sui tuoi componenti per darti la sicurezza che questa macchina si adatti ai tuoi bisogni produttivi e ai tuoi componenti meccanici.
Con la stampante 3D4STEEL un componente grezzo (appena uscito dalla stampante) ha una rugosità che va dai 3 micrometri ai 12 micrometri RA.
Un componente lavorato con la stampante 3DSTEEL ha una rugosità che scende anche sotto al millesimo di millimetro.
Se consideri che un globulo rosso misura 8 micrometri, la rugosità del tuo componente la potresti vedere solo con un microscopio.
Tornando quindi all’obiezione che potrebbe esserti balzata in testa prima: come faccio a provare una stampante 3D e avere tutti i dati che mi servono, testati sui miei componenti, ancora prima comprarne una?
Ho ideato un percorso, il 3D4YOU, che permette agli imprenditori meccanici di capire l’impatto sull’investimento e di avere tutti i dati tecnici che servono per valutare se la stampante 3D4STEEL è adatta alle tue esigenze produttive.
Nel percorso è compreso anche il noleggio della stampante e la formazione, ancora prima di comprare la macchina, proprio perché…
senza questa possibilità non potrai mai capire se potrai produrre i tuoi componenti con la tecnologia additiva
Finché investire in una stampante 3D ti sembrerà complesso quanto costruire una Piramide, non farai mai il primo passo.
Ecco quindi il primo piccolo passo che potrai fare oggi:
1) scaricare il caso studio che ti mostra la differenza di produzione, i tempi e i costi produttivi di un componente meccanico realizzato sia con i metodi tradizionali, che con la stampa 3D;
2) leggere il caso studio;
3) Alla fine scoprirai altre informazioni sul percorso 3D4YOU, rispondendo alle domande: di cosa si tratta, come accedervi, quanti posti sono disponibili ecc.
Inizia da un’azione semplice: scarica il caso studio, cliccando sul bottone rosso in fondo alla pagina.
Già solo con il caso studio potrai vedere come una realtà meccanica, simile alla tua, ha potuto ridurre i costi e i tempi di produzione (66%), grazie alla stampa 3D.
P.s. il primo step del 3D4YOU, ovvero l’Analisi Preliminare è GRATUITA. Purtroppo però solo tre aziende al mese possono accedere a questo servizio. Leggi il caso studio e poi segui le istruzioni per informarti sul 3D4YOU, prima che tu perda il posto.
Buona lettura,
You can’t do today’s job, with yesterday’s methods.
Ivano Corsini
