Trattamenti secondari per la stampa 3D di pezzi metallici

Il processo di stampa 3D dei metalli va ben oltre l’invio di un file CAD 3D ad una macchina e il successivo avvio delle operazioni di realizzazione. La produzione di pezzi di qualità dipende dal design corretto, materiali di qualità, parametri regolati della macchina e rigidi controlli di processo. Poiché la produzione additiva si va diffondendo anche alle applicazioni da produzione, si rendono spesso necessari ulteriori trattamenti per soddisfare i requisiti di produzione più avanzati. Dopo tutto, non si possono commettere errori quando si fa affidamento sul design di un pezzo per il successo di un lancio nello spazio o una procedura medica in grado di cambiare la vita di una persona. Quando la realizzazione di un pezzo mediante sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS) è completa, esistono diverse opzioni di trattamento secondario per migliorarne ulteriormente la precisione dimensionale, la qualità della finitura di superficie e le proprietà meccaniche.

Lavorazione CNC post-produzione per migliorare tolleranze e finiture superficiali

Come molti processi di stampa 3D, sui pezzi realizzati mediante DMLS occorre rimuovere la struttura di supporto. Solitamente, si rimuovono prima i pezzi dalla piastra utilizzando l’elettroerosione a filo o una mola a nastro e successivamente il materiale della struttura di supporto, avvalendosi di utensili manuali. In molti casi, questa procedura funziona bene ma può essere necessario ricorrere a opzioni di lavorazione aggiuntiva per le caratteristiche critiche che richiedono tolleranze più rigide o finiture di superficie migliori.

Ipotizziamo il caso in cui stiate progettando un sistema di erogazione del carburante che sarà montato sul corpo di un razzo. Sebbene la soluzione ottimale quando si gestiscono gli assemblaggi sia quella di consolidare ciascun componente in una singola realizzazione, spesso, la geometria, le dimensioni o i materiali usati per il pezzo limiteranno le vostre opzioni e dovrete progettare l’inserimento di caratteristiche combacianti sul vostro pezzo metallico stampato 3D. La lavorazione secondaria rappresenta quindi un modo per produrre caratteristiche combacianti di precisione, offrendo al contempo la libertà progettuale di avvalersi della produzione additiva.

In generale, il processo DMLS può produrre pezzi con tolleranze da ± 0,1 a 0,2 mm più ± 0,005 mm/mm per ogni millimetro aggiuntivo. Ma con la lavorazione CNC secondaria, si possono ottenere tolleranze rigide anche di ± 0,05 mm. Per lavorare a macchina queste caratteristiche, oltre al file CAD occorre fornire un disegno che indichi le caratteristiche e le tolleranze richieste. Durante le fasi di preventivazione e revisione del design, uno dei nostri Application Engineer esaminerà il file per stabilire se è possibile ottenere le tolleranze indicate.

La lavorazione secondaria può anche essere usata per migliorare la qualità della finitura di superficie. La rugosità della finitura di superficie sui pezzi lavorati mediante DMLS può variare da 3 µm a 12 µm Ra a seconda dell’orientamento, del materiale e dello spessore dello strato. Con la lavorazione CNC secondaria, è possibile ottenere una finitura di superficie di 0,8 µm Ra.

La precisione conferita dalla lavorazione CNC ben si adatta anche alla realizzazione di fori e filettature. Per la maggior parte dei metalli, consigliamo di progettare fori chiusi non più piccoli di M1.6 o di diametro inferire a 1,00 mm.

Ricordate inoltre che se il design del vostro pezzo da realizzare tramite DMLS richiede un trattamento secondario, dovrà essere fissato all’interno della fresa, per cui pezzi con superfici curve o smussate possono rappresentare una sfida in questa fase della lavorazione. I nostri Application Engineer sono in grado di fornire consulenza relativamente all’idoneità dei pezzi alla lavorazione secondaria durante il processo di revisione del design. In alcuni casi, nel file sorgente può essere progettata una parte “sacrificale”, che aiuterà nel processo di lavorazione e sarà successivamente rimossa.

Migliorare le proprietà meccaniche con trattamenti termici avanzati

Il riscaldamento e raffreddamento rapido del materiale metallico durante il processo DMLS può creare accumulo di sollecitazioni interne. Sebbene ogni realizzazione venga sottoposta a trattamento di riduzione delle sollecitazioni secondo lo standard ASTM 3301, trattamenti termici aggiuntivi possono migliorare ulteriormente proprietà meccaniche come durezza, allungamento, resistenza alla fatica e altre.

Pressatura isostatica a caldo (HIP)
Mentre è possibile ottenere pezzi pressoché interamente densi con la sinterizzazione laser diretta dei metalli, la pressatura isostatica a caldo (HIP) può essere usata per eliminare qualsiasi microporosità interna residua e offrire un altro livello di controllo per ridurre gli insuccessi. Questo processo funziona applicando un calore elevato e una pressione uniforme per solidificare completamente il pezzo.

Condizionamento
La ricottura è un’altra opzione di trattamento termico per i pezzi di serie che richiedono proprietà meccaniche superiori. Il processo riscalda il pezzo ad una temperatura elevata e poi lo raffredda rapidamente, modificandone la microstruttura e migliorandone la duttilità. Viene usato principalmente per i pezzi in alluminio.

Ispezioni della qualità per la validazione dei pezzi realizzati mediante DMLS

Sono disponibili numerosi metodi di ispezione e relazioni sulla qualità per validare la precisione dimensionale e le proprietà meccaniche di un pezzo. Oltre al file CAD 3D, occorre fornire un disegno nel caso in cui siano richieste ispezioni della qualità.

Offriamo ai clienti diverse opzioni di relazione:

Ispezione del primo articolo (FAI) - Il processo di ispezione verifica che i pezzi finali siano conformi al disegno originale, all’ordine di acquisto e alle altre specifiche, come indicato.

L’ispezione dimensionale utilizza apparecchiature CMM per assicurare che le dimensioni dei pezzi rientrino nella tolleranza e siano in linea con le misurazioni fornite nel disegno originale.

La relazione finale indica in dettaglio la posizione sulla piastra, l’orientamento della geometria, il posizionamento della struttura di supporto e fornisce un file di registro della realizzazione che riporta in dettaglio l’intero processo portato a termine dalla macchina. Infine, su richiesta, può essere rilasciato un Certificato di Conformità comprendente il tracciamento del pezzo.

Poiché la gran parte dei pezzi realizzati mediante DMLS utilizzano la stampa 3D dei metalli per ottenere pezzi leggeri o strutture interne complesse, la scansione mediante tomografia computerizzata (CT) si sta affermando come metodo di ispezione di riferimento in quanto opzione non distruttiva di validazione dei pezzi. Il processo può essere usato per ispezionare e validare caratteristiche cave o canali interni. Può misurare qualsiasi variazione nello spessore della parete o rilevare deformazioni e fessurazioni, ed è anche in grado di verificare che all’interno del pezzo non sia presente polvere residua.

La produzione additiva dei componenti metallici può sembrare complessa, ma i nostri Application Engineer esperti nella stampa 3D lavoreranno insieme a voi in ogni fase del progetto. Conduciamo sempre una revisione del design approfondita e di consulenza prima che i pezzi vengano inviati alla macchina per essere stampati. Questo non assicura solo la correttezza del design ma fornisce anche al nostro team di produzione le informazioni necessarie per ottimizzare l’orientamento di realizzazione e il posizionamento della struttura di supporto, in modo da ottenere pezzi della massima qualità. Se per soddisfare i requisiti di produzione della vostra applicazione è necessaria una lavorazione secondaria, un responsabile di progetto lavorerà insieme a voi per fornirvi aggiornamenti ad ogni fase del processo.

Potete sempre contattare telefonicamente un Application Engineer di Protolabs al numero 0321 381211 o per email, all’indirizzo [email protected] per parlare più in dettaglio del vostro design per la stampa 3D di metalli. Se avete un design già pronto e desiderate ricevere un preventivo, non dovete fare altro che caricare un file CAD 3D sul nostro sistema.