Lo stampaggio a iniezione di metallo (MIM) e la stampa 3D di metalli sono tecnologie di produzione avanzate che hanno determinato un rapido cambiamento nella produzione moderna.
Lo stampaggio a iniezione di metallo può creare componenti piccoli e complessi, con un diametro di appena 2 mm e un peso inferiore a 1 g, senza compromettere la precisione e la coerenza dimensionale.
D'altro canto, la stampa 3D in metallo consente di realizzare in modo eccellente geometrie complesse e personalizzate, che sarebbero difficili o impossibili da realizzare con i metodi di produzione convenzionali. Questo articolo si propone di confrontare i punti di forza, i limiti e i processi produttivi di entrambi i metodi.
Contenuti
Che cos'è lo stampaggio ad iniezione di metalli (MIM)?
Processo di stampaggio a iniezione di metallo è una combinazione di metallurgia delle polveri e stampaggio a iniezione di materie plastiche per produrre piccole parti metalliche complesse ad alta resistenza. Il processo si svolge in quattro fasi principali.
Miscelazione
Per prima cosa, la materia prima viene preparata mescolando polveri metalliche fini con un legante polimerico; il risultato è una miscela omogenea (materia prima).
Iniezione
Successivamente, si inserisce la materia prima in una macchina per stampaggio a iniezione, quindi la si inietta nello stampo ad alta pressione per creare un "pezzo verde".
Rilegatura
Il processo successivo consiste nel deceraggio della parte verde, rimuovendo i leganti dalla parte verde, lasciando il metallo. Il processo viene eseguito utilizzando metodi termici, a solvente o catalitici.
sinterizzazione
Infine, la sinterizzazione avviene posizionando le particelle metalliche rimanenti in una camera in specifiche condizioni atmosferiche, a una temperatura elevata al di sotto del punto di fusione del materiale. Questo processo fonde le particelle per ottenere la densità e la resistenza richieste, simili a quelle dei metalli lavorati.
Cos'è la stampa 3D in metallo?
Stampa 3D in metallo, nota anche come produzione di additivi metallici (MAM), costruisce parti strato per strato a partire da un modello digitale. Le tecniche più comuni di questo metodo includono la fusione laser selettiva (SLM), la sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS) e la fusione a fascio di elettroni (EBM). Questi processi fondono polveri metalliche fini o altre forme metalliche utilizzando sorgenti ad alta energia come laser o fasci di elettroni. La fusione avviene solitamente in un ambiente di gas inerte o sotto vuoto, dopodiché vengono eseguite fasi di finitura come il trattamento termico o la finitura superficiale.
I materiali comunemente utilizzati includono acciaio inossidabile, titanio, alluminio, inconel e cromo-cobalto. La scelta dipende dall'applicazione, dalle proprietà meccaniche e dalle prestazioni richieste.
Applicazioni
Applicazioni MIM
Nell'industria automobilistica, la tecnologia MIM viene utilizzata per la produzione di valvole, ingranaggi, componenti di turbocompressori e componenti del sistema di alimentazione, garantendo elevata resistenza e precisione. La possibilità di produrre in serie componenti piccoli e complessi rende la tecnologia MIM altamente conveniente per questo settore.
Per dispositivi medici come attacchi ortodontici, strumenti chirurgici e strumenti endoscopici, la tecnologia MIM è ideale. Ciò è dovuto alla necessità che tali componenti siano miniaturizzati, biocompatibili e meccanicamente resistenti. La tecnologia MIM viene utilizzata per produrre elettronica di consumo, dove connettori, cerniere e componenti per smartphone traggono vantaggio dalla sua capacità di fornire dettagli precisi e pareti sottili su larga scala.
Applicazioni di stampa 3D in metallo
Nell'industria aerospaziale, componenti come staffe leggere, ugelli per carburante, pale di turbine e componenti satellitari vengono comunemente stampati in 3D. Viene anche utilizzata per restaurare componenti antichi di aeromobili. Il settore medico e sanitario è un'area di eccellenza per la stampa 3D in metallo, che consente di realizzare impianti personalizzati (dentali, ortopedici, cranici). Consente inoltre la produzione di prototipi funzionali in metallo, come componenti protesici per cambi manuali e collegamenti per auto da corsa in applicazioni automobilistiche.
La stampa 3D consente la progettazione e la produzione di gioielli e pezzi decorativi unici e complessi. Viene utilizzata anche nella robotica e nell'automazione per produrre utensili di fine braccio o componenti di attuatori che ospitano sensori e telecamere.
MIM vs stampa 3D in metallo
Costo e volume di produzione
La stampa 3D MIM richiede un investimento iniziale in attrezzature, ma una volta realizzato lo stampo, ogni componente può essere prodotto a costi molto bassi. Pertanto, la stampa 3D MIM è altamente competitiva per grandi volumi di produzione in diverse applicazioni industriali.
A differenza della stampa 3D MIM, la stampa 3D in metallo non richiede costi iniziali di attrezzaggio, risultando quindi economica per prototipi o piccoli lotti. Tuttavia, il costo del materiale, i tempi di lavorazione e la post-elaborazione mantengono elevati i costi per ogni componente, rendendola inadatta alla produzione di massa.
Flessibilità dei materiali
La tecnologia MIM è compatibile con una vasta gamma di materiali, tra cui leghe come acciaio inossidabile, rame, tungsteno, cobalto, titanio, materiali a base di nichel, ecc.
La stampa 3D supporta numerose leghe, tra cui titanio, alluminio, Inconel e acciai, e consente di realizzare progetti complessi come reticoli o canali interni.
Finitura di superficie
Secondo uno studio sulla finitura superficiale MIM, lo stampaggio a iniezione di metallo (MIM) produce componenti in acciaio inossidabile 17-4PH con una finitura superficiale più liscia, in genere Ra 1 µm come sinterizzato e circa Ra 0.33 µm dopo il trattamento superficiale. Pertanto, il MIM è adatto per prodotti che richiedono una finitura superficiale di alta qualità, come casse di orologi, gioielli e supporti per fotocamere di telefoni cellulari.
La stampa 3D in metallo produce parti in acciaio inossidabile 17-4PH con una superficie iniziale più ruvida, in genere Ra intorno a 3–5 µm come stampato, ma dopo il trattamento superficiale può essere ridotta a circa Ra 0.36 µm.
Velocità e tempi di consegna
La velocità e i tempi di produzione possono determinare la scelta del metodo. La stampa 3D (Maintenance Injection) richiede tempi di produzione lunghi a causa dello sviluppo degli stampi, ma una volta realizzati gli stampi, la produzione è rapida. La stampa 3D, invece, offre tempi di consegna rapidi per prototipi o piccoli lotti, senza la necessità di stampi.
FAQ
Quali sono le differenze nei materiali tra lo stampaggio a iniezione di metalli e la produzione additiva di metalli?
Nello stampaggio a iniezione di metalli (MIM), le polveri sono molto fini (inferiori a 22 µm), quasi sferiche e altamente pure per prevenire difetti di sinterizzazione. Sono comunemente prodotte tramite atomizzazione a gas o acqua, oppure tramite riduzione chimica.
Nella produzione additiva di metalli (AM), le polveri sono più sferiche (oltre il 98%) e leggermente più grossolane: 15-45 µm per i sistemi laser, 45-106 µm per quelli a fascio elettronico. Devono avere un grado di purezza elevatissimo, tipicamente prodotto mediante atomizzazione a gas o al plasma.