DMLS -sinterizzazione laser diretta dei metalli
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La nostra serie di video Insight-Masterclass vi aiuterà a padroneggiare la produzione digitale.
Oltre ai nostri suggerimenti di progettazione mensili, pubblicheremo regolarmente un nuovo video - ognuno di essi vi darà una visione più approfondita di come progettare parti migliori. Tratteremo argomenti specifici come la scelta del giusto materiale di stampa 3D, l'ottimizzazione del vostro progetto per la lavorazione CNC, le finiture superficiali per i componenti stampati e molto altro ancora.
Insight: DMLS - sinterizzazione laser diretta dei metalli
10.07.2020
Transcript
Salve e benvenuti alla masterclass di questa settimana.
Oggi esaminiamo un particolare processo di produzione e come esso possa aiutare voi e la vostra azienda. Nello specifico, si tratta di un processo di stampa 3D industriale, conosciuto come sinterizzazione laser diretta dei metalli, o DMLS nella sua forma abbreviata.
Si tratta di una delle tecnologie di produzione additiva più rivoluzionarie e, per dirla tutta, più fantastiche attualmente disponibili. Grazie ad essa si possono produrre prototipi in metallo totalmente funzionali e pezzi destinati all'utilizzo finale; l’assemblaggio viene semplificato in quanto si riduce il numero di componenti ed è possibile produrre pezzi di complessità virtualmente illimitata senza alcun costo aggiuntivo.
Il concetto alla base di tale tecnologia è sorprendentemente semplice. Si prende il modello di un pezzo e lo si divide in strati sottili come un foglio di carta e successivamente “li si disegna” con un laser su uno strato di polvere di metallo. Il laser scioglie e fonde il metallo in polvere in pezzi che assumeranno la forma solida. Se questa operazione viene ripetuta più e più volte, si verrà a formare, uno strato dopo l’altro, il metallo solido fino ad ottenere il pezzo completo.
Essenzialmente, si creano pezzi in metallo solido “bombardando” la materia prima con un laser, e se questo non vi stupisce non so proprio cosa potrebbe farlo.
Ad ogni caso, il risultato di questo processo è un prodotto che possiede caratteristiche di resistenza meccanica e alla fatica pressoché identiche a quelle di un pezzo lavorato con macchine utensili e ricavato da materiale battuto, forgiato o fuso comparabile. In alcuni casi, le sue qualità sono persino migliori. Viene però realizzato con costi di utensileria minimi, tempi di allestimento significativamente ridotti e pochissimi sprechi.
Ovviamente, è impensabile credere che nessun processo specifico possa permettere di fare qualsiasi cosa senza limiti o restrizioni di alcun tipo. Se state valutando la possibilità di utilizzare la DMLS, occorre tenere in considerazione alcuni limiti imposti dal processo.
Sebbene la tecnologia produca pezzi pienamente compattati da metalli ad alta resistenza e resistenti alla corrosione, alcuni elementi tendono a deformarsi e ad arricciarsi se non correttamente supportati durante la realizzazione. Il design dei supporti di produzione non è un aspetto che interessa particolarmente i progettisti o i tecnici di prodotto, ma occorre sapere che alcune forme sono eccezionalmente difficili da lavorare ma se si apportano alcune piccole modifiche, è possibile ridurre i costi e migliorare la qualità del componente.
Le sporgenze, per esempio, possono creare problemi. Se volete produrre un pezzo la cui forma è quella di una “T” maiuscola, avete bisogno di supporti verticali che impediscano alla sezione trasversale orizzontale di deformarsi. Li potrete poi fresare e rimuovere al termine dell’operazione, ma questo richiede tempo e denaro di cui, sinceramente, volete fare a meno.
Anche le forme ricurve con fori interni possono risultare difficili da ottenere. Sempre parlando di lettere dell’alfabeto, immaginatevi una “D” maiuscola. A meno che il pezzo sia molto piccolo, pensate ad un foro delle dimensioni di una cannuccia per bibite, dovete avere supporti all’interno dello spazio vuoto per mantenerne la forma, ma la fresatura diventa ancora più complessa quando il materiale da rimuovere è racchiuso all’interno del componente.
Tuttavia potete ricorrere ad alcuni accorgimenti per ovviare a questo problema, come ad esempio modificare l’orientamento del pezzo. Anziché provare a stampare queste forme, le lettere, verticalmente, guardandole di fronte, si potrebbero posizionare orizzontalmente.
In questo caso, tutte le pareti della lettera sono verticali e l'unico supporto necessario è una serie di staffe verticali collegate tra loro inserite tra la parte inferiore di ogni lettera e la piastra della DMLS, un po' come i ponteggi usati per sostenere gli operai durante un intervento di restauro di un edificio. Queste staffe vengono rimosse facilmente una volta realizzato il pezzo e ne evitano il contatto diretto con le superfici piatte e di grandi dimensioni, che potrebbero deformare o danneggiare la piastra. Questo approccio consente anche di ottenere la migliore finitura di superficie, in quanto le asperità aumentano man mano che le pareti si allontanano dalla verticale nei pezzi stampati mediante DMLS.
Parlando di restrizioni, dobbiamo citare anche lo spessore delle pareti. Pareti dallo spessore inferiore a 1 mm devono conservare un rapporto altezza-spessore inferiore a 40:1 perché altrimenti la struttura potrebbe crollare. D'altro canto, pareti molto spesse rappresentano uno spreco e richiedono molto tempo per la loro realizzazione; è quindi meglio praticarvi delle cavità con una struttura a forma reticolare o in lattice, che permette di ridurre il costo del materiale e il tempo di lavorazione preservando comunque l'integrità strutturale.
Infatti, le strutture a forma di reticolo rappresentano uno dei migliori "assi" nella manica della fabbricazione additiva. Sono virtualmente impossibili da realizzare con i metodi di lavorazione meccanica tradizionali ma con la DMLS si possono ottenere abbastanza facilmente. Lo stesso dicasi per le strutture ad albero, le delicate curve a forma di conchiglia intrecciata e altre forme organiche, che risultano economiche da produrre con la stampa 3D: richiedono infatti sono un po' d'immaginazione e il giusto software CAD.
Passiamo all’ultima considerazione. La tecnologia DMLS vi permette di spingere i limiti della progettazione di prototipi e di pezzi realizzati in volumi ridotti, ma non è adatta per la produzione in volumi elevati. Quindi, vi conviene pensare dalle prime fasi del design all’intero ciclo di vita del prodotto sin per evitare di rendervi conto solo alla fine che lo si può produrre soltanto in poche centinaia di pezzi.
È tutto per questa settimana. Alla prossima!
Con un ringraziamento speciale a Natalie Constable.
