Esistono molti modi per trasformare la polvere metallica in componenti. Probabilmente conoscete già la pressatura e la sinterizzazione convenzionali, e lo stampaggio a iniezione di metalli.
Oggigiorno, la produzione additiva basata sulla metallurgia delle polveri, comunemente nota come stampa 3D, sta prendendo piede grazie alla sua rapida prototipazione.
Contenuti
Che cosa è la produzione additiva mediante metallurgia delle polveri?
La produzione additiva è una tecnologia emergente che utilizza polvere metallica e leganti come materie prime. Forma parti metalliche fondendo la polvere metallica strato per strato.
Per standardizzare il settore della stampa 3D, l'ASTM l'ha ufficialmente denominata produzione additiva (AD) nello standard ASTM F2792.
7 tipi di produzione additiva
Fusione a letto di polvere (PBF)
PBF è un tipo di AM che utilizza un laser o un fascio di elettroni per fondere insieme polveri metalliche.
In genere, le particelle di polvere della fusione laser a letto di polvere hanno dimensioni pari a 15-53 μm, mentre quelle del fascio di elettroni hanno dimensioni pari a 40-100 μm.
Ecco alcune tecniche PBF più diffuse.
Sinterizzazione laser diretta del metallo (DMLS)
Sinterizzazione laser diretta dei metalli è un processo che utilizza un laser, ad esempio un laser a CO2, per fondere selettivamente insieme sottili strati di metallo.
Per prima cosa, si stende un sottile strato di polvere metallica sulla piattaforma di stampa attraverso la stampante 3D. Quindi si utilizza un laser per fondere selettivamente la polvere, senza fonderla completamente. Dopo che il laser ha sciolto il primo strato di polvere, la piattaforma di stampa si abbassa e ne applica un altro. Infine, il laser fonde insieme gli strati di polvere metallica per formare il prodotto finito.
Sinterizzazione laser selettiva (SLS)
La SLS funziona in modo simile alla DMLS. Nella stampa 3D SLS, i pezzi sono supportati dalla polvere circostante, quindi non è necessaria una struttura di supporto.
La tecnologia SLS è ideale per creare forme geometriche.
Inoltre, la resistenza dei componenti SLS è simile a quella dei componenti stampati a iniezione. Fusione laser selettiva (SLM)
La sinterizzazione laser selettiva (SLM) è più veloce della sinterizzazione laser selettiva (SLS). Inoltre, riduce il rischio di ossidazione del metallo utilizzando gas inerti come azoto o argon. Tuttavia, la SLM è più costosa. Nel processo SLM 3D, lo spessore dello strato metallico è compreso tra 20 e 60 micron.
Fusione a fascio di elettroni (EBM)
A differenza della tecnologia di fusione a letto di polvere sopra menzionata, fusione del fascio di elettroni Adotta un fascio di elettroni anziché un raggio laser. Rispetto ai laser, i fasci di elettroni sono in grado di penetrare in profondità nel materiale e fondere uniformemente le particelle di polvere metallica.
L'EBM fonde strati di polvere metallica sotto vuoto. A differenza della SLS, l'EBM fonde le materie prime.
Getto di raccoglitore
Il Binder Jetting è uno dei processi di produzione additiva più rapidi.
La dimensione delle particelle di polvere metallica sottoposta a getto di legante è di circa 10-45 μm.
In questo processo, la polvere metallica viene inizialmente distribuita su una piastra piana, e la testina della stampante a getto d'inchiostro spruzza leganti liquidi sullo strato di polvere. Questo ciclo si ripete e si ottiene un prodotto stampato in 3D. Questo processo è un po' come la stampa su carta, e il legante è come l'inchiostro, il suo ruolo è quello di collegare tra loro gli strati di polvere.
Ecco un video che spiega come funziona il binder jetting.
Deposizione di energia diretta (DED)
La DED è un processo mediante il quale il materiale fuso viene depositato sulla superficie del prodotto, dove si solidifica.
Nel processo DED, si applica un arco al plasma, un laser o un fascio di elettroni per fondere il materiale metallico e depositarlo simultaneamente attraverso un ugello.
È possibile utilizzare la DED per formare componenti. Ma viene spesso utilizzata per riparare o aggiungere materiale aggiuntivo ai componenti.
Particelle di polvere 53-150μm
Laminazione fogli
. laminazione fogli È un metodo di stampa 3D economico e veloce. Innanzitutto, si utilizza un laser cutter per ritagliare il contorno dell'oggetto da stampare, quindi gli strati vengono uniti per formare la forma.
Estrusione materiale
Estrusione di materiale è un metodo di produzione additiva (AM). Il materiale viene depositato strato per strato attraverso un ugello riscaldato per costruire un oggetto 3D.
L'estrusione dei materiali è generalmente rapida e precisa. Tuttavia, il processo di estrusione è compatibile con un'ampia gamma di materie prime ed è poco costoso. Pertanto, l'estrusione dei materiali è fortemente favorita dalla stampa 3D domestica.
Getto di materiale
Durante getto di materiale processo, il materiale fuso viene espulso sulla piattaforma di costruzione per costruire il prodotto strato per strato.
- Eccellenti caratteristiche di dettaglio
- alta precisione
- Buona finitura superficiale
Fotopolimerizzazione al tino
La fotopolimerizzazione in vasca è un processo di stampa 3D che utilizza una sorgente luminosa per indurire selettivamente la resina fotoreattiva.
Polvere metallica per la produzione additiva
La polvere metallica utilizzata nella produzione additiva non è fine come quella utilizzata nello stampaggio a iniezione di metalli.
In primo luogo, è troppo fine e si disperde facilmente durante la sinterizzazione laser. In secondo luogo, se la polvere è troppo fine, ci saranno più punti di contatto tra le polveri, l'attrito aumenterà e la fluidità peggiorerà.
Pertanto, la dimensione media delle particelle D50 per la produzione additiva mediante metallurgia delle polveri è compresa tra 10 e 45 μm. Ad esempio, le particelle di polvere di AlSi10Mg prodotte da Höganäs tramite il processo di atomizzazione a gas hanno dimensioni pari a 20-63 μm.
La maggior parte delle polveri metalliche adatte alla produzione additiva sono polveri atomizzate a gas. Questo perché le polveri atomizzate a gas presentano una buona fluidità e un'elevata densità apparente. Inoltre, le polveri metalliche devono soddisfare anche i requisiti di basso contenuto di ossigeno e azoto.
Se stai cercando una caratterizzazione della polvere metallica per la produzione additiva, puoi fare riferimento allo standard ASTM F3049 o alla polvere metallica Höganäs per AM.
Esistono numerose polveri metalliche adatte alla produzione additiva mediante metallurgia delle polveri.
- Rame
- Alluminio
- Nichel
- Titanio
- Acciaio inossidabile
- Acciaio per utensili
Applicazioni di produzione additiva
Produzione additiva nel settore aerospaziale
La produzione additiva mediante metallurgia delle polveri può produrre parti complesse e leggere per il settore aerospaziale.
- Componenti del motore
- Staffe per ali di aeroplani
- Ugelli del carburante del motore
- Parti del cambio
- Albero di bloccaggio per porte di aeromobili
Produzione additiva nel settore automobilistico
Le auto moderne si stanno evolvendo verso modelli più leggeri e veloci. Questo richiede naturalmente componenti strutturali leggeri e ad alta resistenza. La produzione additiva (AM) può fornire all'industria automobilistica componenti leggeri e altamente personalizzati.
Produzione additiva in campo medico
La produzione additiva è ideale per gli impianti medici personalizzati. Per il settore dentale, la produzione additiva può produrre splint, apparecchi ortodontici e modelli dentali.
Utensili da taglio per la produzione additiva
Grazie alla produzione additiva è possibile realizzare utensili dalle forme complesse, modificando la disposizione dei taglienti.
Vantaggi e svantaggi della produzione additiva
Vantaggi
- Poiché la produzione additiva non richiede stampi, i costi degli stampi si riducono.
- Grazie alla fabbricazione additiva è possibile realizzare prodotti con forme e caratteristiche interne estremamente complesse.
- I prodotti sono altamente personalizzabili.
- La tecnologia AM consuma meno energia e non richiede tagli, il che è positivo per l'ambiente.
- Elevato utilizzo dei materiali e materiali riciclabili
- Grazie alla prototipazione rapida tramite produzione additiva, è possibile realizzare rapidamente prototipi di parti in pochi giorni.
Svantaggi
- Le materie prime e le attrezzature per la produzione additiva sono costose.
- Limite dei materiali.
- La rugosità superficiale deve essere migliorata.
- È necessario migliorare la coerenza dei lotti tra le macchine.
- Rispetto a processo convenzionale di metallurgia delle polveri o fusione e forgiatura, la produzione additiva ha capacità di produzione di massa limitate.
Produttori di stampanti 3D in metallo
3D Systems
3D Systems, con sede nella Carolina del Sud, vanta oltre 30 anni di esperienza nel settore della produzione additiva. La sua attività comprende materiali per la produzione additiva, software, stampanti 3D in metallo, ecc.
Contrassegnato
Markforged ha sede nel Massachusetts, dove sviluppa applicazioni hardware e software avanzate per processi di produzione additiva.
Le loro stampanti 3D possono stampare una varietà di materiali, come fibra di carbonio, agata e metalli.
ExOne
Dal 1995, l'azienda si impegna nello sviluppo di stampanti 3D avanzate e nella produzione di massa. ExOne è stata la prima a produrre stampanti 3D binder jet commerciali.
La produzione additiva è diventata una tecnologia promettente perché consente di realizzare rapidamente prototipi di componenti senza bisogno di stampi. Tuttavia, la produzione additiva non può essere prodotta in serie in questa fase e la resistenza dei prodotti realizzati con questa tecnologia non è sufficientemente elevata. Se i problemi sopra menzionati verranno risolti, non c'è dubbio che la produzione additiva porterà grandi benefici all'industria manifatturiera.
FAQ
1. I prodotti realizzati mediante produzione additiva devono essere sinterizzati?
In generale, la resistenza dei prodotti realizzati con la tecnica additiva non è elevata. Se si desidera migliorare le proprietà meccaniche del prodotto, potrebbe essere necessario sottoporlo a processo di sinterizzazione.