Utilizzo integrato di DMLS & Lavorazione CNC
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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: Utilizzo integrato DMLS & lavorazione CNC
15.05.2020
Transcript
Salve e benvenuti alla masterclass di questa settimana.
Questa settimana, parliamo di come utilizzare in modo equilibrato le tecniche di lavorazione CNC e stampa 3D per la fabbricazione di componenti in metallo.
Questi sono argomenti già ampiamente affrontati nei video passati, e chi ha seguito la serie saprà che entrambe le tecniche sono dei processi di design incredibilmente utili. L’utilizzo integrato di questi processi consente tuttavia di beneficiare di livelli di flessibilità addirittura superiori nella fase di progettazione dei pezzi, riducendo i costi e le tempistiche di realizzazione. Per trarne il massimo vantaggio, però, occorre innanzitutto comprendere le differenze e i punti di forza inerenti a ciascun processo e imparare a utilizzarli nel modo più efficiente.
Le metodologie di lavorazione CNC e sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS) presentano un legame particolarmente significativo. La lavorazione offre tempi di fabbricazione decisamente ridotti ma è più limitata in termini di geometrie disponibili. La DMLS, d’altro canto, ha il vantaggio di riprodurre praticamente qualsiasi forma a partire semplicemente da un fascio laser e da un mucchio di polvere metallica, anche se può rivelarsi un processo lento.
Detto questo, la scelta di un determinato processo solitamente si basa su due domande fondamentali:
- A) Il pezzo può essere sottoposto a lavorazione?
- B) Quante unità occorre fabbricare?
Anzi, si può dire che spesso la stampa 3D si affida al tradizionale processo di lavorazione per portare a compimento il progetto, ad esempio al fine di praticare fori o sottoporli ad alesatura, consentire la maschiatura o fresatura di elementi filettati o la tornitura, smerigliatura o fresatura di superfici critiche.
Nella migliore delle ipotesi, i pezzi prodotti con stampa 3D solitamente necessitano di una qualche forma di trattamento quale pulizia, goffratura o rimozione di supporti. Il passaggio in officina è dunque pressoché assicurato.
Ad esempio, durante il processo di DMLS il metallo è sottoposto a un notevole riscaldamento e raffreddamento dovuto all’azione del laser, generando sollecitazioni interne che sarà necessario rimuovere tramite trattamento termico a processo ultimato. Eliminare le sollecitazioni è importante, poiché queste danno sempre luogo a un certo movimento del pezzo che si traduce in una perdita di precisione. Ecco perché anche i pezzi realizzati con DMLS meglio progettati devono essere sottoposti a ritocchi successivi per i dettagli che richiedono tolleranze inferiori a ± 0,1 mm, e ciò comporta dunque un ciclo di lavorazione.
Un’altra buona ragione per combinare DMLS e lavorazione con macchine è la finitura di superficie. Su una superficie verticale o orizzontale, il processo di DMLS tende a produrre pezzi con una rugosità più o meno equivalente a quella ottenuta mediante colata in sabbia, mentre tutte le altre superfici presenteranno un certo livello di irregolarità.
Quindi, se il pezzo che si intende produrre necessita di finitura liscia sarà necessario sottoporlo a carteggiatura, sabbiatura o, più probabilmente, lavorazione. Per questo, è importante pianificare i modelli destinati a DMLS in modo tale che le parti che richiedano successiva lavorazione possano effettivamente essere raggiunte da una fresatrice, un trapano o un tornio.
Un’altra parte del modello che potrebbe richiedere attenzione in termini di accesso è rappresentata dalle strutture di supporto. La DMLS prevede l’impiego di supporti simili a impalcature che servono a impedire che il metallo semi-fuso si inclini, si pieghi o dia luogo ad altri comportamenti inattesi. Sebbene la rimozione dei supporti possa essere eseguita tramite una fresa Dremel, la lavorazione rappresenta il metodo prediletto in caso di fabbricazione di volumi significativi o qualora il pezzo debba comunque essere sottoposto a trattamenti di lavorazione successivi.
E, in quest’ultimo caso, è sempre consigliabile pianificare con cura le operazioni da eseguire per evitare di incorrere in problemi inattesi. Parliamo ora del fissaggio dei pezzi. A differenza della DMLS, i pezzi lavorati devono essere mantenuti saldamente in posizione mediante bulloni, morse o altri dispositivi di fissaggio. Quindi, se il pezzo realizzato con stampa 3D è composto interamente da forme curve e organiche (che rientrano tra le caratteristiche più interessanti offerte da questo processo), come potrà essere fissato durante la tornitura o fresatura?
L’ultimo aspetto che vale la pena considerare prima di ricorrere a un utilizzo combinato di queste tecniche è il metallo stesso. Per i laser adoperati nella DMLS, il grado di durezza o robustezza del metallo non è importante. Tuttavia, prima di scegliere il titanio o il cobalto-cromo per realizzare un pezzo stampato, conviene considerare se valga la pena consumare altri utensili da taglio e investire ulteriore tempo di lavorazione per soddisfare tale richiesta.
In conclusione, è possibile beneficiare dei vantaggi offerti dalle tecniche di lavorazione e di stampa 3D per fabbricare pezzi metallici, ma invitiamo a considerare attentamente le opzioni di progettazione trattate in questo articolo. Non abbiate timore di porre domande e di sfruttare i punti di forza propri di ciascun processo, tenendo presente che possono lavorare in perfetta sinergia nella fase di fabbricazione.
È tutto per questa settimana. Alla prossima!
Con un ringraziamento speciale a Natalie Constable.
