Stampa 3D Metallo

Stampa 3D metallo

Stampa 3D metallo: da DMLS a FFF e oltre

La capacità di creare oggetti con una forma netta è stata per anni il sogno di tanti addetti alla produzione. La stampa 3D di metalli, o additive manufacturing, ha trasformato la produzione in una realtà particolare, creando un processo unico che può rappresentare un importante valore aggiunto con punti chiave e vantaggi. A seguire forniamo una panoramica delle tecnologie di stampa 3D, dei materiali, delle applicazioni, dei vantaggi, degli svantaggi e degli aspetti economici futuri.

Che cos’è e come funziona la stampa 3D in metallo

La stampa 3D, o additive manufacturing, è una nuova tecnica che permette di produrre parti direttamente da un modello digitale utilizzando un accumulo di materiale in polvere o a filo, strato dopo strato. Questa tecnologia senza utensili può creare elementi metallici completamente densi in breve tempo e con elevata precisione. Caratteristiche come la libertà di progettazione delle parti, la loro complessità, la leggerezza, il consolidamento e la funzionalità, stanno suscitando particolare interesse nella produzione additiva in metallo per applicazioni aerospaziali, petrolifere, marine, automobilistiche e in qualsiasi ambito in cui si intendono realizzare oggetti di design.

Definizione di stampa 3D in metallo

La stampa 3D in metallo nota anche come sinterizzazione (DMLS), è un metodo di produzione tecnologica che consente di realizzare diverse parti di forme semplici, complesse e di alta qualità. La macchina preposta a ciò, è dotata di un laser ad altissima precisione che viene proiettato in direzione di particelle di polvere di metallo, creando in modo selettivo degli strati orizzontali contigui l’uno all’altro. Questa tecnica all’avanguardia permette quindi di produrre oggetti con svariate e sofisticate sagome geometriche, impossibili da ottenere con la tradizionale fusione. Un macchinario preposto a tale funzione consente tra l’altro di realizzare prototipi in serie, velocemente e in numero considerevole.

Perché la stampa 3D del metallo è imporante

La stampa 3D in metallo offre l’opportunità di produrre elementi complessi per forme e dimensioni quindi di personalizzarli, cosa che non è possibile se si opta per metodi tradizionali. Un’azienda che investe in questi macchinari può trarre vantaggio dalla tecnologia che offrono, senza contare che ci sono anche altri fattori positivi da considerare come ad esempio il risparmio sia in termini di costi che di tempi di produzione con uno spreco minimo dei materiali. Inoltre è importante sottolineare che si generano meno rifiuti in quanto le sostanze utilizzate vengono sinterizzate o fuse soltanto nelle parti in cui è necessario, e in alcuni casi le polveri generate si possono persino riciclare.

Vantaggi della stampa 3D su metallo

La stampa 3D su metallo offre notevoli vantaggi rispetto ai metodi di fabbricazione esistenti; infatti, il processo di lavorazione risulta più economico soprattutto grazie ai tanti materiali di facile reperibilità che si possono utilizzare. Inoltre anche questi ultimi sono ottenibili a prezzi vantaggiosi che consentono di eseguire applicazioni in diversi campi sia civili che industriali.

Come funziona una stampante 3D per metalli?

Le stampanti 3D per metalli consentono di realizzare parti che nessun’altra macchina è in grado di fare. Ogni metodo di fabbricazione ha tuttavia dei limiti, per cui anche questa tecnologia non fa eccezione. Premesso ciò, va però sottolineato che grazie al suo processo unico, la stampa 3D in metallo è in grado di creare elementi che non è possibile realizzare utilizzando una qualsiasi altra piattaforma. Il risultato è a dir poco sorprendente; infatti, i prodotti finiti riescono a soddisfare le esigenze del richiedente sia in termini di forme (curve o con cavità complesse) che di design.

Prezzi stampa 3D in metallo

I prezzi della stampa 3D in metallo possono variare notevolmente a seconda di vari fattori come la complessità del design, la dimensione dell’oggetto, il tipo di metallo utilizzato e il livello di dettaglio richiesto.
Per un progetto di piccole dimensioni, potresti aspettarti di pagare tra i 50 e i 500 euro. Per progetti più grandi o più complessi, i costi possono rapidamente salire a migliaia di euro.
Un altro fattore da considerare è il costo del materiale. Ad esempio, la stampa 3D con metalli preziosi come l’oro o l’argento sarà ovviamente molto più costosa rispetto all’acciaio o all’alluminio.
È sempre una buona idea richiedere un preventivo dettagliato prima di iniziare un progetto di stampa 3D in metallo, in modo da avere un’idea chiara dei costi totali.
Inoltre, i servizi di stampa 3D online possono spesso offrire prezzi più competitivi rispetto ai negozi fisici, grazie al minor costo operativo e alla capacità di servire una base di clienti molto più ampia.

Applicazioni della stampa 3D in metallo

Nel mondo di oggi, la maggior parte dei nuovi prodotti sul mercato, dagli skateboard agli iniettori di carburante, sono progettati digitalmente e prodotti con tecniche di manufacturing come la stampa 3D. Per fare un esempio basta considerare le parti meccaniche come i bracci dei robot oppure i supporti tipo le pareti degli aerei che hanno spesso strutture reticolari o spazi, e possono funzionare meglio rispetto a quelli fabbricati tradizionalmente. Anche i laboratori odontotecnici sebbene effettuino una notevole quantità di stampa 3D con la resina per creare impronte dentali, oggi molti optano per metalli come l’acciaio inossidabile. Infine è importante citare la branca della chirurgia, in quanto la stampa in 3D con metalli consente di elaborare protesi personalizzate per le specifiche esigenze di un paziente.

Quali metalli vengono stampati con la stampa 3D?

Quali sono i materiali che consentono di trasformare un progetto digitale in un solido oggetto metallico? La varietà è sorprendente e continuamente in espansione. Leghe di alluminio, acciaio inox, titanio, nichel e persino preziosi come l’oro e l’argento trovano applicazione nella stampa 3D metallica, ognuno con le proprie caratteristiche peculiari che offrono vantaggi specifici a seconda delle esigenze progettuali.

Questi sono i metalli utilizzati nella stampa 3D:

  1. Acciaio inossidabile
  2. Alluminio
  3. Titanio
  4. Nichel
  5. Rame
  6. Bronzo
  7. Cobalto cromo
  8. Leghe di magnesio
  9. Zinco
  10. Oro e argento (utilizzati principalmente per scopi decorativi)

Quando viene utilizzato il titanio nella stampa 3D?

Il titanio è spesso utilizzato per la stampa 3D quando si richiede una grande resistenza meccanica e una buona biocompatibilità. Viene spesso utilizzato nella produzione di protesi mediche, parti aeronautiche e componenti per l’industria automobilistica. Inoltre, il titanio è anche apprezzato per la sua leggerezza e resistenza alla corrosione, il che lo rende ideale per applicazioni in ambienti aggressivi come l’industria chimica o petrolifera.

Quando viene utilizzato l’oro nella stampa 3d?

L’oro viene utilizzato nella stampa 3D principalmente per la creazione di gioielli e oggetti di valore. Grazie alla sua elevata conducibilità termica ed elettrica, l’oro è anche utilizzato per la produzione di componenti elettronici di alta qualità. Inoltre, l’oro può essere utilizzato come rivestimento per migliorare la resistenza alla corrosione e all’usura di parti metalliche. Tuttavia, a causa del suo costo elevato, l’utilizzo dell’oro nella stampa 3D è limitato a prodotti di alta gamma e a scopi specifici.

Che cos’è la DMLS (Direct Metal Laser Sintering)?

La DMLS (Direct Metal Laser Sintering) è una tecnica di stampaggio che sfrutta un laser in grado di disegnare un oggetto direttamente su una superficie di polvere metallica atomizzata, facendo in modo che successivamente si solidifichi. La procedura consente di ottenere una serie di strati contigui gli uni agli altri fino a comporre la sagoma stabilita. La DMLS inoltre permette di elaborare svariati pezzi ognuno con proprietà meccaniche superiori a quelli creati con le tradizionali tecniche e con la massima precisione. Leghe di alluminio, materiali come titanio, acciaio e nickel sono altri metalli che consentono di produrre in serie centinaia di esemplari e persino stampi per le aziende che eseguono lavori ad iniezione.

Cosa è il Powder Bed Fusion (PBF)?

Powder Bed Fusion (PBF) è una tecnologia di stampa 3D che utilizza un letto di polvere come materiale di base. In questo processo, uno strato sottile di polvere viene distribuito uniformemente su una piattaforma di stampa e un laser o un fascio di elettroni viene utilizzato per fondere selettivamente il materiale in determinati punti, creando così il modello desiderato. Questo processo viene ripetuto per ogni strato fino a quando il modello completo non è stato creato. PBF è una tecnologia molto versatile e può essere utilizzata per creare parti complesse con geometrie intricate e dettagli fini.

 

SLM (Selective Laser Melting): quando si può utilizzare?

La SLM (Selective Laser Melting) è un processo di stampa 3D che si rivela prezioso per fondere polveri metalliche in modo omogeneo anziché sintetizzarle. Per tale lavorazione si possono utilizzare gli stessi materiali impiegati per la DMLS, mentre gli strati ottenibili variano da 20 a 10 µm e le finiture nonché le prestazioni sono praticamente identiche. Tra i metalli maggiormente utilizzati per la SLM troviamo il titanio, il cromo-cobalto, l’alluminio, l’acciaio inox e tanti altri ancora, che vengono utilizzati a seconda delle esigenze. In tutti i casi alla pari della tecnologia DMLS offre la massima precisione, e i materiali è possibile rifinirli in qualsiasi modo tipo trattamenti termici, tramite fresatura e tornitura.

Confronto tra DMLS e SLM

Poiché abbiamo appreso il processo sia di DMLS che di SLM, non è difficile scoprire che entrambe le tecnologie utilizzano la luce laser per fondere la polvere metallica in cui i processi sono simili. Tuttavia volendo fare un confronto tra le due, possiamo citare tre fattori tipo quelli di seguito elencati:

  1. Il processo di riscaldamento della polvere metallica è diverso. La fusione laser selettiva deve sciogliere completamente il letto di polvere, mentre la DMLS eseguirà parzialmente il lavoro.
  2. La flessibilità dei materiali per la DMLS è migliore della SLM. Fondamentalmente, la SLM utilizza una singola polvere metallica durante la stampa, mentre la DMLS è in grado di usarne un mix nel caso in cui si intendono ottenere specifiche proprietà meccaniche su alcuni elementi realizzati.
  3. Il processo di posa della polvere metallica durante la stampa può essere diverso. Come accennato in precedenza, la DMLS ha due modalità di lavorazione della polvere, mentre la SLM ne offre soltanto una. Inoltre le proprietà meccaniche della seconda sono migliori rispetto alla prima, mentre la finitura superficiale delle parti SLM è più liscia rispetto a quella ottenuta tramite la DMLS.

Binder jetting e stampa diretta: altre tecnologie di stampa in 3D

Tra le altre tecnologie sfruttabili per ottenere la stampa 3D, vale la pena citare quelle denominate rispettivamente binder jetting e stampa diretta. La prima è un metodo in grado di sostituire la SLM quando si utilizzano polveri sfuse. Si tratta inoltre di un processo che è piuttosto veloce, quindi consente di ottenere una produzione maggiore in termini numerici di un prodotto. Una macchina realizzata per eseguire il binder jetting non esclude tuttavia un trattamento postumo dell’elemento lavorato.

Si tratta infatti di sottoporlo ad una fase nota come sinterizzazione e che si rivela necessaria per renderlo completamente metallico. La seconda definita anche come sinterizzazione laser, è invece una tecnologia di produzione di stampa 3D additiva che permette di realizzare parti in metallo molto più complesse, e ciò avviene grazie ad un dispositivo laser che se orientato verso le particelle di polvere permette di selezionarle in modo da creare strati orizzontali contigui gli uni agli altri.

Parti stampate in 3D: il processo di finitura

Indipendentemente dalla tecnologia scelta per il servizio stampa 3D metallo, il processo di finitura può variare; infatti, se si intende lucidare per intero alcune parti, si può scegliere la stereolitografia, mentre se si preferisce rivestirle, allora è possibile anche utilizzare delle vernici come ad esempio quelle a spruzzo trasparenti sia brillanti che opache. A seconda delle preferenze, basta comunicarlo agli addetti stampa 3d online metallo per ottenerle.

La polvere di metallo nel processo di stampa 3D

Le stampanti 3D più all’avanguardia per costruire prodotti utilizzano all’interno materiali in polvere. Quest’ultima viene sciolta e distribuita a strati fino a ottenere lo spessore, la consistenza e la finitura desiderata. Le polveri inoltre possono provenire da varie fonti e materiali, anche se le più comuni sono:

  • Poliammide (nylon): grazie alla sua resistenza e flessibilità, la poliammide consente elevati livelli di finitura su un prodotto stampato in 3D.
  • Alumide: composta da un mix di poliammide e alluminio grigio, la polvere di alumide costituisce alcuni dei modelli stampati in 3D più resistenti. La geometria granulosa e sabbiosa di un materiale stampato in 3D è riconosciuta per la sua affidabilità, specialmente quando viene utilizzata per creare prototipi industriali.
  • Acciaio: sotto forma di polvere, l’acciaio, così come il rame e altri tipi di metallo sono più facili da modellare nelle forme desiderate. In tutti i casi durante il processo di stampa 3D acciaio, il materiale deve essere riscaldato fino al punto in cui può essere distribuito strato dopo strato per creare una forma completa.

Acciaio inossidabile e la stampa 3D

Un altro materiale molto popolare utilizzato nel settore della stampa 3D, è l’acciaio inox ideale per stampare componenti che potrebbero entrare in contatto con l’acqua. Questa tecnica ad esempio viene oggi adottata dai produttori di attrezzature per gli aerei, anche perché il processo di costruzione avviene in modo rapido e semplifica l’utilizzo di vari componenti.

I vantaggi della stampa 3D in titanio

Nel processo di stampa 3D titanio, il metallo in oggetto viene utilizzato sotto forma di polvere sottoposta a cottura, al fine di raggiungere la giusta durezza. Ciò consente agli stampatori di bypassare la fusione, e utilizzare direttamente la suddetta polvere nella formatura delle parti metalliche programmate. Una volta terminata la stampa, si può poi procedere con l’elettrolucidatura e con l’immissione sul mercato del prodotto finito.

Pro e contro della stampa 3D in metallo

Quando si intende analizzare un qualsiasi prodotto, è doveroso indicare i pro e i contro se presenti. Per tale motivo quando anche nel caso di una macchina per la stampa in 3D in metallo, bisogna elencarli entrambi.

I vantaggi della produzione additiva

La stampa 3D ha migliorato la tempistica in termini produttivi, poiché riduce drasticamente la quantità di tempo spesa per elaborare nuove idee da proporre sul mercato, ma anche per trovare soluzioni a problemi di ingegneria. Quindi, che si tratti di un nuovo prodotto o di una fornitura specifica per risolvere un problema di ingegneristica aerospaziale, la stampa 3D consente di soddisfare questi requisiti, contrariamente ad altri metodi di produzione. Con tale tecnologia, dal punto di vista del volume si possono ad esempio realizzare almeno 300 oggetti delle dimensioni di un piccolo portachiavi.

Stampa 3D in metallo: il futuro delle produzioni

La fusione laser selettiva nella stampa 3D in metallo è ampiamente sfruttata nell’industria aerospaziale, conosciuta per la sua costante innovazione.

Questo processo di produzione additiva fa infatti parte del settore aerospaziale ormai da un po’ di tempo, ed è una tendenza che dovrebbe continuare anche negli anni a venire. Inoltre secondo recenti indagini si è appreso che i principali utilizzi di questa tecnologia nel settore aerospaziale, riguardano sia la prototipazione che l’elaborazione di un prodotto finito, anche se sta diventando molto popolare per gli interventi di manutenzione, ricerca e sviluppo.

Uno dei maggiori cambiamenti nella stampa 3D negli ultimi tempi riguarda inoltre una rinnovata attenzione ai materiali utilizzati. Fino ad ora infatti la maggior parte delle procedure di produzione additiva prevedevano l’uso della plastica che invece negli ultimi anni è stata sorpassata di gran lunga dalle polveri metalliche.

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