La stampa 3D è un settore vasto più della foresta amazzonica: senza una guida ti perdi dietro ad una galassia di termini tecnici, processi additivi per tutti i tipi di applicazioni e macchinari generalisti, con i quali puoi produrre qualsiasi cosa con qualsiasi materiale.
In questo blog si parla di meccanica e sono 3 le coordinate che un imprenditore meccanico deve seguire, se vuole davvero sfruttare al massimo i benefici della stampa 3D.
Per un momento dimenticati tutte le notizie giornalistiche che hai letto sui sistemi additivi e focalizzati solo su quello che questa fantastica tecnologia può fare per la tua produzione meccanica.
Non perdere la bussola che sto per consegnarti: non leggerai queste informazioni da nessuna altra parte, perché di blog che parlano di stampa 3D è pieno il web, ma blog che parlano solo di stampa 3D per metalli per l’applicazione meccanica, esiste solo questo.
1) La caratteristica meccanica alla quale non puoi assolutamente rinunciare
Se dovessi produrre dei pezzi per il design e volessi realizzarli in 3D, vorresti ottenere un lavoro che sia bello e presentabile.
Ti concentreresti quindi sulle qualità estetiche del pezzo per soddisfare anche l’occhio più pretenzioso.
Ma tu sei un imprenditore meccanico e non è lo stile, la forma o il la spettacolarità estetica del pezzo la priorità che devi tenere in cima alla lista.
La caratteristica che non deve assolutamente mancare in componenti meccanici stampati in 3 dimensioni è la solidità.
I pezzi meccanici devono sostenere un certo peso, spesso hanno attaccati altri componenti cinematici e devono sopportare forti oscillazioni. La solidità non può essere negoziabile, ecco perché devi puntare su quelle tecnologie di stampa 3D che ti garantiscono la qualità e la resistenza del prodotto finale.
Le tecnologie additive quindi che puoi scartare sono due:
1) DED (Deposizione di energia diretta) Direct Energy Deposition
Un laser o un fascio di elettroni fonde la polvere direttamente appena si deposita sul piatto.
La DED può stampare componenti per design o pezzi rotti da aggiustare, dove c’è da aggiungere del materiale, visto che è un processo additivo molto semplice.
Non puoi stampare i tuoi componenti meccanici con questa tecnologia, perché non ti garantirebbe la densità metallurgica adeguata per ottenere la solidità.
La Direct Energy Deposition ha delle tolleranze troppo alte, non fonde la polvere in modo preciso e non ti permette di stampare al decimo, al centesimo o al millesimo.
Queste imprecisioni ti porteranno ad avere dei componenti finali con le misure e le forme sbagliate e dei pezzi fragili.
2) Binder Jetting (getto di collante)
Cito questa tecnologia solo perché fa parte dei tre processi per produrre componenti in metallo.
Nella BJ un ugello a getto d’inchiostro spruzza un collante sui strati di polveri per unirli insieme.
Come puoi produrre dei componenti meccanici dove le parti del pezzo vengono messe assieme da un liquido tipo colla? Se devi giocare ad Art Attack con tuo figlio o se devi produrre un fenicottero in acciaio, decorativo per la cameretta di una bambina allora puoi anche usare il BJ.
Se invece devi produrre per la tua produzione meccanica, questa tecnologia è una pessima scelta, perché allunga tantissimo il ciclo meccanico e non ti garantisce la solidità dei componenti.
Per far rimanere ogni pezzo incollato, dopo la stampa, devi inserire il componente in una fornace: un procedimento lunghissimo e dispendioso.
Questa tecnologia, per l’uso meccanico, è bocciata.
Il meglio che puoi trovare quindi è la terza opzione, la PBF (Powder Bed Fusion o Fusione a letto di polvere)
La polvere, strato dopo strato, viene fusa da una o più teste laser o da un fascio di elettroni.
Quando la polvere, raffreddandosi, si solidifica, forma l’oggetto finale in 3D.
Questa tecnologia è la più adatta per produrre componenti meccanici, perché durante il raffreddamento, le particelle vengono temprate e quindi rese più resistenti.
Non solo: i componenti alla fine hanno una densità metallurgica maggiore.
Nonostante queste caratteristiche, devi stare attento a selezionare le giuste stampanti 3D a tecnologia PBF, perché non tutte sono adatte a produrre componenti meccanici.
Quante teste laser ci sono?
Stai lontano dalle stampanti 3D che hanno due teste laser, perché la potenza di entrambe, sparate sulla polvere ad altissima potenza, non solidifica il pezzo, ma lo rompe, formando un buco o un poro.
In un recente studio gli scienziati della Carnegie Mellon University, in collaborazione con Argonne Nation Laboratory, hanno analizzato con veloci raggi X i pori o buchi creatisi nei componenti stampati con la tecnologia Powder Bed Fusion.
Ross Cunningham, co-author dello studio condotto dall’università americana, ha spiegato che: «Molti imprenditori o tecnici pensano che sparando il laser sulla polvere, la luce venga assorbita dal materiale, quando invece, così facendo, stanno solo creando dei buchi nel loro componente.»
Un imprenditore meccanico non può prendere la cosa sottogamba, ecco perché io e il mio team di tecnici specializzati abbiamo ideato una stampante 3D con un piatto di stampa che non supera le dimensioni medio-piccole di 230x230x230 mm.
Questa è la dimensione ideale: con un piatto più grande servono due tester laser per produrre un componente. Dato che io sono un imprenditore meccanico e so quanto sia importante ottenere dei pezzi solidi come il grafene, ho preferito limitare le dimensioni, per garantire la qualità.
2) Il materiale perfetto per dei componenti meccanici a prova di bomba atomica
Anche se i polimetri plastici sono il materiale più usato per produrre in additivi, tu devi puntare ai metalli per realizzare i tuoi componenti meccanici.
Con quale metallo però ti conviene stampare?
La mia stampante 3D è specializzata in soli acciai, quindi potresti pensare che sono un po’ di parte, ma non è così.
Io appartengo al #teamAlluminio dalla culla. Mio nonno mi ha fatto giocare con i pezzi meccanici della nostra azienda di famiglia da quando ero bambino e mi ha sempre spiegato che l’alluminio è il miglior amico del meccanico, che sfrutta i metodi tradizionali.
Ripeto: l’alluminio è il mio miglior amico del tecnico che produce ancora con i metodi sottrattivi, perché è leggero, malleabile, facile da riciclare e da lavorare.
Quando però ho introdotto una stampante 3D nella mia produzione, ho dovuto affidarmi ad un altro metallo: l’acciaio.
Ricordi il punto primo? La prima coordinata da ricercare è la solidità dei pezzi: con l’alluminio dovrai rinunciare proprio a questa qualità e non perché sia un metallo fragile in sé, ma perché diventa un materiale meno resistente dell’acciaio con i metodi additivi.
Devi sapere che l’alluminio ha un punto di fusione basso, rispetto all’acciaio, quindi quando la polvere viene colpita dal raggio super potente e raggiunge altissime temperature, si ossida e il materiale troppo fuso si sfalda e crolla come un castello di sabbia.
L’acciaio invece ha un alto punto di fusione, quindi resiste bene alla potenza del laser: la sua polvere si solidifica perfettamente e ti consegna un componente SOLIDO.
Però l’acciaio non è leggero, come faccio con i miei componenti cinematici?
Non ragionare con le stesse leggi dei metodi tradizionali: la stampa 3D ha tutte delle regole sue.
Grazie all’ottimizzazione topologica, ovvero dei calcoli geometrici fatti dal computer, la stampante 3D metterà strategicamente il materiale solo dove è necessario per renderlo stabile e non appesantirà il pezzo con polvere inutile in più.
Anche l’acciaio diventa leggero quanto un pezzo di alluminio prodotto con i sistemi sottrattivi; l’unica differenza è che l’acciaio nel mondo del 3D, è uno dei metalli più resistenti.
E tutti gli altri metalli? Il titanio, per esempio, è super resistente.
La maggior parte dei metalli, compreso l’alluminio, sono polveri reattive, ovvero che, ad alte temperature, esplodono al contatto con l’ossigeno. Stampare in alluminio quindi, come in titanio, ti dà anche gravi problemi di sicurezza, che non ti faranno mai più vivere sereno. Ho scritto un articolo agghiacciante proprio su questo argomento.
3) Tartaruga o Lepre? La chiave di volta, che metterà il turbo alla tua produzione meccanica
Conoscerai la favola di Esopo della tartaruga e della lepre: una lepre sfida ad una gara di corsa una tartaruga. La tartaruga è così pazza che accetta la sfida.
La lepre sbeffeggia il rivale e dopo una corsa che le ha assicurato il vantaggio, decide di schiacciare un pisolino, sicura di vincere.
La tartaruga così, lentamente, raggiunge il traguardo e vince la gara, mentre la lepre dorme.
Io ho sempre pensato che queste storielle che insegnano una morale, non valgano per tutti i casi della vita.
Se stai guidando in autostrada con la moto e sei una lepre, molto probabilmente non arriverai al traguardo, come invece farà una tartaruga, che procede lenta, ma almeno in sicurezza.
Nella produzione meccanica, più sei una lepre, meglio è.
Non tutti i sistemi di stampa 3D ti garantiscono la velocità, soprattutto quelli GENERALISTI, che ti permettono di produrre con più polveri metalliche.
Ma di questo te ne parlerò nel prossimo episodio, sempre su questo blog, nel nostro appuntamento settimanale.
Nel frattempo porta a casa questa grande massima:
non è solo la produzione del tuo componente in macchina che deve essere superveloce, ma l’intero ciclo meccanico: dall’ingegnerizzazione del tuo pezzo meccanico, alla messa in macchina, ai lavori di post-produzione, alla pulizia e al ricarico della stampante 3D.
Non ti lascio però a mani vuote: hai la possibilità di sbirciare dietro alle quinte della produzione di un pezzo meccanico, realizzato prima con i sistemi sottrattivi e poi con quelli additivi.
Il caso studio ti mostra come rendere un componente solido con l’ingegnerizzazione topologica attuata dal progettista. Niente di trascendentale rispetto a quello che il tuo progettista conosce già; si tratta solo di affinare le conoscenze di un nuovo modo di produrre, concepire gli oggetti e vedere il mondo.
Scarica gratis il tuo caso studio a questo link o nel bottone rosso sotto.
P.S: nel caso studio troverai anche tutti i costi e i tempi di produzione impiegati per produrre con i sistemi additivi un pezzo e li potrai mettere a confronto con i tempi e i costi impiegati per la produzione tradizionale. Di solito queste sono informazioni top secret che nessuno dà: sbircia qui.
Al prossimo articolo,
Ivano Corsini.
