A

Additive Manufacturing

Sinonimo di Stampa 3D e 3D printing. Indica la manifattura attraverso le tecnologie di stampa 3D. È comunemente usato per differenziare le metodologie industriali di stampa 3D da quelle ad uso hobbystico/domestico.

Altezza layer

Indica la risoluzione in Z in cui verrà prodotto il componente. In linea di massima indica lo spessore di ogni strato su cui verrà deposto, o solidificato, il materiale.
Per le stampanti a letto di polvere per metalli l’altezza layer può variare da un minimo di 20-30µm ad un massimo di 100µm.
Maggiore è l’altezza layer, minori saranno di tempi di produzione, ma peggiore sarà la finitura superficiale e il livello di dettaglio dei componenti prodotti.

Argon

L’argon o argo è un gas nobile del periodo 3 che costituisce circa lo 0,94% del volume dell’atmosfera terrestre.
È un gas molto pericoloso per l’uomo perché insapore, inodore e più pesante dell’aria. Questo peso specifico comporta che qualora vi sia una perdita di Argon in una stanza, l’aria inizia ad andare verso l’alto e l’Argon inizia a salire dal basso, rendendo più difficile la rilevazione.
Nella stampa 3D è utilizzato per la gestione e il processo di polveri reattive come: Alluminio, Titanio ecc…

Azoto

L’azoto è il quinto elemento più abbondante nell’universo, il primo elemento per abbondanza nell’aria (di cui costituisce il 78,09%) ed è il quarto elemento più abbondante del corpo umano (di cui costituisce il 3%).
È usato dalle stampanti 3D che processano materiali non reattivi, ovvero con basso contenuto di carbonio come: Acciaio, Ottone, Cromo-cobalto, Rame ecc…

B

Binder Jetting

Questa tecnologia nasce in realtà per i polimeri plastici e di recente è stata presentata da varie aziende come soluzione per la stampa 3D di polveri metalliche.
Il Binder Jetting (BJ) prevede l’utilizzo di un agente legante liquido selettivamente deposto su un letto di polvere di metallo. La differenza con gli altri metodi di produzione additiva sta nel fatto che non vi è una fusione della polvere, ma ipersemplificando, viene deposto, strato per strato, del materiale colloso per compattare i vari strati di polvere seguendo le geometrie del pezzo che si vuole costruire.
Per consolidare la parte stampata, dopo la fase di deposizione dell’agente colloso, il componente deve forzatamente essere messo in una fornace per far in modo che il collante si sciolga e rimanga solamente il materiale polveroso che costituisce il pezzo finale.
Il processo, dunque, si allunga parecchio, perché se in un primo momento, a causa dell’assenza di una fusione, la costruzione del componente avviene in maniera rapida, successivamente si è costretti a diverse ore di fornace per la consolidazione delle parti.
Inoltre, durante questa fase di consolidamento del componente, avviene un forte ritiro del materiale. Questo ritiro non è oggettivamente misurabile e rischia di compromettere gravemente le caratteristiche dimensionali del pezzo finale.

C

Camera di stampa

L’ambiente dove avviene la produzione del componente in 3D. La camera di stampa, prima dell’inizio di ogni processo di costruzione deve essere inertizzata attraverso l’uso di un gas (Azoto o Argon) per eliminare la presenza di ossigeno.
Le stampanti generaliste, a differenza di quelle specialiste, impiegano diverso tempo per il processo di inertizzazione poiché devono essere capaci di utilizzare diversi gas e materiali.

D

Delaminazione

Difetto di produzione che avviene quando i layer di costruzione di separano l’uno dall’altro.

Dettaglio minimo

Il dettaglio minimo rappresenta la risoluzione lungo gli assi X e Y e dipende da diversi fattori, quali la grandezza dello spot del laser impiegato e la granulometria media della polvere.

G

Generative design

È un processo di progettazione iterativo dove il progettista, usando strumenti CAD, adatta la geometria della parte selezionata per incontrare le esigenze prestazionali della parte stessa.
Il generative design utilizza espedienti di ottimizzazione topologica per alleggerire la struttura del componente senza comprometterne le proprietà meccaniche.

I

Infill

Si indica con infill il riempimento interno delle pareti dei componenti prodotti. A seconda delle esigenze si può scegliere se creare un riempimento alveolare (lattice per metalli) in modo da alleggerire il componente, a discapito della solidità.

J

Job

Indica un lavoro di produzione su un unico piatto di stampa.

L

Lattice

Strutture reticolari ottenute dalla ripetizione di una geometria semplice che possono essere impiegate nelle strategie di infill per alleggerire il componente da produrre.

M

Melt Pool

La pozza fusoria che è prodotta dall’energia della sorgente laser che colpisce e fonde le particelle metalliche. Indica il volume di metallo fuso creato dal laser quando si muove sul letto di polvere che sta fondendo.

Metal Additive Manufacturing

Il processo di costruzione additiva che costruisce componenti in metallo, layer per layer, tipicamente fondendo particelle di polvere

O

Overhangs

Si considerano zone di Overhang quelle sezioni del componente da produrre dove non vi è materiale al di sotto (Sottosquadri).
Tutte quelle zone che generalmente, per la stampa 3D di metalli a letto di polvere, sono a sbalzo oltre i 45° sono considerati Overhangs, e quindi necessitano di strutture di supporto per essere stampati in 3D.

Orientamento

Riferito alle parti o alla parte da produrre. Lo studio dell’orientamento sul piatto di lavoro rappresenta uno degli aspetti cruciali di una buona riuscita del Job. Nello specifica un orientamento intelligente permette di accorciare i tempi di stampa, di ridurre le strutture di supporto necessarie per il processo, o di ottenere una finitura superficiale migliore.

P

PBF (Powder Bed Fusion)

Per Powder Bed Fusion si intende la fusione di letto di polvere.
Le due tecniche di stampa 3D per metalli che prevedono l’uso di questa metodologia sono L-PBF (Laser Powder Bed Fusion) dove il letto di polvere viene colpito da un potente fascio laser per fondere e solidificare le particelle di polvere selezionate, e EBM (Electron Beam Melting) dove le particelle invece che da un fascio laser, sono fuse da un fascio di elettroni.
La più grande differenza tra L-PBF e EBM sta nel fatto che la seconda non necessita dell’uso di supporti per costruire il pezzo, ma purtroppo le macchina di stampa 3D che usano questa tecnica hanno costi anche 5 volte superiori alle altre. Questo prezzo spropositato non rende giustificabile l’acquisto di una macchina EBM per la produzione di componenti meccanici.
L’uso della tecnologia L-PBF è quello più funzionale per le applicazioni industriali e meccaniche data la densità e la precisione dei componenti prodotti.

Polveri non reattive

Tutte quei materiali che hanno bassissime percentuali di carbonio all’interno.
Sono le polveri meno pericolose in circolazione perché quelle a minor rischio di combustione ed esplosioni.
Fanno parte dei materiali non reattivi: Acciaio 316L, Maraging, altri tipi di acciai, Rame, Bronzo, Cromo-cobalto, Oro ecc.

Polveri per stampa 3D

Per stampare in 3D con tecnologia a fusione di letto di polvere (e non solo), è necessario l’utilizzo dei materiali sotto forma di polveri.
Possono esserci polveri plastiche e di metalli.
La gestione delle polveri, di qualsiasi natura esse siano è di fondamentali importanza. La cura e la gestione di queste polveri è fattore di grande disinformazione all’interno del mondo della stampa 3D.
Spesso i produttori di stampanti 3D costringono i propri clienti a comprare le polveri solo da loro, chiudendo i macchinari all’utilizzo di solo quelle polveri.
Questo aspetto aumenta di molto i costi che ogni impresa deve sostenere per produrre con stampa 3D i propri componenti.

Polveri reattive

Tutte quelle polveri ad elevato rischio di esplosione e combustione che contengono alte percentuali di carbonio.
Per poter stampare questi materiali è necessario utilizzare il gas Argon come gas inerte nella camera di stampa.
L’uso di questi tipi di materiali comporta un’innalzamento dei rischi per gli operatori che devono maneggiare queste polveri e, di conseguenza, aumentano anche i costi per la gestione dei macchinari che processano questi materiali.
I materiali reattivi più diffusi sono Alluminio e Titanio.

PSD (Particle Size Distribution)

Distribuzione granulometrica delle polveri. Questo parametro relativo ai materiali da processare con tecnologie a letto di polvere e DED, è di fondamentale importanza nella valutazione della qualità della materia prima. In linea generale la distribuzione granulometrica delle polveri di metallo per AM ha un andamento gaussiano, partendo da un valore minimo detto D10 (che si aggira intorno ai 0.015 mm) ad un valore massimo detto D90 (che può arrivare anche a 0.07), tuttavia il valore più significativo è rappresentato dal valore medio (D50) che indica il valore di distribuzione maggiormente diffuso della polvere selezionata.

R

Rapid Prototyping

Come facilmente traducibile dall’inglese è la Prototipazione Rapida. Uno dei benefici principali delle tecnologie additive è quello di poter costruire prototipi in molto meno tempodi quanto si faceva prima dell’avvento della stampa 3D. Si ha quindi la possibilità di disporre di prototipi in brevissimo tempo.

Recoater

Sistema di spatolatura del layer di polvere necessario per la costruzione additiva. Può essere di vari tipologie subordinate al materiale utilizzato per il labbro. Da hard recoating, spatola di metallo a soft recoating, spatola di plastica/silicone.
Il recoating, ovvero il tempo di spatolatura di ogni layer di polvere è un fattore fondamentale da valutare nelle performance di ogni macchina a letto di polvere poiché universale e sempre presente in ogni processo produttivo.

S

Slicer

Un software specifico ed indispensabile per la produzione in stampa 3D. Gli slicer prendono un modello 3D, STEP o STL e lo convertono in percorso di stampa (toolpath). Semplificando, i software di slicing prendono una parte in 3D e la “affettano” in tanti strati spessi quanto l’altezza layer, impostando i parametri di costruzione necessari per la stampa in 3D del componente.

Stampa 3D

La costruzione di oggetti tridimensionali per addizione di materiale.
In poche parole è il contrario della creazione di oggetti attraverso la sottrazione di pezzi di materiale dal blocco primario, come la calssica asportazione truciolo.
Le tecniche di stampa 3D sono molteplici: FDM, PBF, DED, Binder Jetting e altre.
Per la costruzione di componenti resistenti in metallo, idonei per l’applicazione meccanica e industriale, la tecnologia principe rimane la PBF (Powder Bed Fusion – Fusione di letto di polvere).

Stampante 3D generalista

Una macchina per la costruzione additiva che permette l’uso di diversi tipi di materiali e di diversi tipi di gas inerti.
È un macchinario più indicato per la prototipazione grazie appunto alla possibilità di costruzione con diversi materiali, ma non adeguata alla produzione industriale a causa dell’enorme mole di costi di gestione.
Nella fattispecie il cambio materiale può richiedere anche più di 3 giorni di lavoro, quindi un grosso fermo produttivo. Molto spesso accade quindi che le stampanti generaliste vengano acquistate per il “vantaggio” del cambio materiale, ma alla fine rimangono dedicate all’utilizzo di uno solo. Questo comporta l’acquisto di una macchina medio performante e non ottimizzata per il flusso di produzione meccanica.
La quasi totalità delle stampanti 3D al mondo è generalista e per questo il mondo dell’additive manufacturing è ancora lontano da un approccio industriale per la produzione di parti e componenti.

Stampante 3D specialista

Una macchina per la costruzione additiva specializzata nell’uso di un materiale o nell’uso di una sola famiglia di materiali.
Grazie a questa specializzazione è possibile abbattere i costi di gestione di una stampante 3D rendendola ideale per la produzione industriale.
Una stampante 3D diventa specialista quando è costruita con componenti e parti funzionali all’uso di un determinato tipo di materiale e quindi ottimizza tutto il processo di produzione velocizzandolo notevolmente.

Supporti per stampa 3D

Le strutture di supporto sono quei vincoli, generalmente di geometria reticolare, necessari per ancorare il pezzo prodotto alla piastra di produzione (L-PBF). Hanno la funzione di supportare le parti di Overhang oltre la soglia critica, che per i metalli si aggira intorno ai 45°.
Oltre alla funzione di ancoraggio della parte al piatto di stampa, i supporti sono necessari per la dissipazione del calore creato dal processo di fusione, in modo da portare a termine il Job di stampa con la massima cura ed affidabilità, evitando ritiri inaspettati del materiale.
Per le tecnologie di stampa 3D a letto di polvere, i supporti sono costruiti con lo stesso materiale in cui è composta la parte da produrre e vanno rimossi meccanicamente o manualmente.

W

Warping

O “imbarcamento” è un difetto che avviene a causa del raffreddamento del materiale appena consolidato. Questo raffreddamento causa una contrazione del materiale (molto evidente sui metalli) che causa diverse sollecitazioni a tutto l’oggetto consolidato. In linea generale, più è veloce il raffreddamento, più è presente questo fenomeno causato dalle tensioni residue.
Questo difetto si manifesta principalmente sugli angoli della parte da produrre, in quanto il calore dovuto al consolidamento è più concentrato. Per ovviare a questo difetto invalidante è necessario studiare strutture di supporto adeguate.