Additive manufacturing

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Il problema

Prima di parlare di additive manufacturing immaginiamo di dover realizzare un componente, per esempio una maniglia in plastica per la porta di un’auto. Nella fase di progettazione sarà probabilmente necessario produrre uno o più prototipi da montare e testare, occorrerà spendere dei soldi per realizzare uno stampo, e altri per realizzare i prototipi. Finalmente li montiamo in auto e proviamo ad aprire la porta ma…ops! Non passano le dita! Bisogna modificare la forma del pezzo, quindi spendere altri soldi per modificare lo stampo, oppure per produrne uno nuovo perché le modifiche necessarie sono incompatibili con quello attuale. E poi occorre spendere altri soldi per produrre nuovi prototipi sperando che vadano bene, altrimenti si rientra nel loop. Forse ormai è meglio lasciare il pezzo così com’è ed entrare ed uscire dall’auto dal finestrino…oppure trovare una tecnologia alternativa.

La soluzione

L’additive manufacturing è una tecnologia che permette di realizzare oggetti tramite deposizione di materiale, strato su strato, fino all’ottenimento del prodotto finito.
Ormai è un processo integrato nell’industria dell’automotive e non solo. Questo sta entrando piano piano nelle nostre case con la vendita di piccole stampanti 3D nella grande distribuzione. Ma come funziona? Quali sono i vantaggi e svantaggi?

Classificazione

Esistono diverse tecnologie di realizzazione che richiedono tempi e costi diversi e lavorano con materiali differenti. La scelta di una rispetto ad un’altra dipende dall’applicazione del componente.
SLA: acronimo di stereolitografia. Si riempie la vasca del macchinario con una resina liquida fotosensibile, che polimerizza (indurisce) se colpita da un fascio laser. Dopo la polimerizzazione del primo strato, il fondo della vasca si abbassa ed il fascio laser solidifica lo strato successivo e così via fino a completare il pezzo che avrà quindi uno sviluppo verticale.
SLM: il video seguente mostra la realizzazione di alcuni componenti mediante Selective Laser Melting: una polvere metallica viene fusa in alcuni punti da un laser realizzando il primo layer del componente, successivamente il fondo della vasca di lavoro si abbassa e il primo strato del componente viene ricoperto da nuova polvere metallica che fonderà sotto l’azione del laser, formando il secondo layer che sarà unito al primo e così via.


3DP: Il processo di stampa 3D è concettualmente simile perchè procede per deposizione per strati di un materiale polimerico fuso sopra un layer preesistente, come nel video seguente

Vantaggi dell’ additive manufacturing

Il video evidenzia immediatamente il primo vantaggio: la possibilità di produrre più pezzi contemporaneamente. Ovviamente i volumi dipendono dalla dimensione del componente e della vasca, ma soprattutto per piccole serie questo permette di accelerare la produzione.
Un altro vantaggio sta nella possibilità di realizzare geometrie molto complesse, con sottosquadri, con alleggerimenti interni ciechi, con canali interni dalla forma irregolare, spesso irrealizzabili con la classica lavorazione al controllo numerico.
Un altro enorme vantaggio della tecnologia, soprattutto nella stampa 3D, sta nella flessibilità e immediatezza di realizzazione dei prototipi: basta realizzare il disegno 3D al CAD, convertirlo in un formato leggibile dalla stampante e lanciare la stampa come si fa per un documento…ed il pezzo è pronto.
Dietro la “semplice” stampa c’è però uno studio profondo del metodo. Basti pensare al percorso effettuato dall’estrusore (la “cartuccia” della stampante 3D), studiato per non depositare il layer di materiale fuso sopra un precedente ancora non solidificato e neanche troppo freddo. Questo evita il collasso della struttura sotto il suo stesso peso o per la nascita di eccessivi gradienti termici.

additive manufacturing engine
Oltre alla rapidità di produzione c’è la possibilità di produrre più varianti per un singolo componente da testare, migliorando la qualità del prodotto finito e riducendo il time to market.

Svantaggi

Sotto il profilo economico la possibilità di produrre componenti di serie deve essere però valutata attentamente. Esiste infatti un numero di pezzi oltre il quale il maggiore costo di un eventuale stampo viene completamente ammortizzato dal costo minore del singolo componenete rispetto allo stesso prodotto in additive manufacturing.
Si pensi ad esempio ad un pezzo in materiale polimerico che può essere realizzato sia mediante stampaggio ad iniezione, sia mediante stampa 3D.

Conclusioni

Concludendo, l’additive manufacturing dà una marcia in più nella progettazione di componenti meccanici, perché permette la realizzazione di parti molto complesse e di condensare più parti in un unico pezzo. Quando questo processo è economicamente conveniente porta a rivoluzionare il modo di progettare un componente o un assieme.

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