La laminazione a fogli è un metodo di produzione additiva (AM), noto anche come stampa 3D. Questi metodi hanno rivoluzionato i processi di sviluppo di prototipi e componenti funzionali in diversi settori. La laminazione a fogli è unica perché è veloce, economica e può essere utilizzata con un'ampia gamma di materiali come carta, plastica, ecc.
In questo articolo, esplorerai cos'è la laminazione in fogli, il processo, le tipologie, le tecniche, i diversi materiali utilizzati, i suoi vantaggi, i limiti e le applicazioni pratiche. Questa panoramica completa ti aiuterà a comprendere l'unicità della laminazione in fogli come... Additivo di produzione metodo.
Contenuti
Che cosa è la laminazione in fogli?
La laminazione a fogli è un processo che consente di creare oggetti tridimensionali (3D) assemblando strati di materiali come carta, lamina metallica o plastica. I fogli vengono laminati utilizzando adesivi, calore, pressione o persino saldatura a ultrasuoni.
Breve storia e analisi di mercato
Il processo risale ai primi anni '1990. Nel 1991, la laminazione in fogli fu introdotta per la prima volta sul mercato da un'azienda chiamata Helisys. Nel 2003, gli ingegneri irlandesi Conor e Fintan MacCormack introdussero una variante a base di carta chiamata Selective Deposition Lamination (SDL), che venne poi commercializzata tramite Mcor Technologies nel 2005.
Secondo l'indagine di Verified Market Reports, si prevede che la laminazione in fogli avrà un tasso di crescita annuo composto (CAGR) del 10.5%. Si prevede che passerà da 2.5 miliardi di dollari nel 2024 a 6.3 miliardi di dollari entro il 2033. Ciò è dovuto alla crescente attrattività del settore in diversi settori, grazie al miglioramento dei materiali e dei metodi di incollaggio.
Processo di laminazione dei fogli
Il processo di laminazione dei fogli segue una procedura passo passo che consente una produzione rapida e relativamente economica. Ecco come funziona:
Alimentazione a fogli
Iniziare il processo inserendo un foglio di materiale, come carta, plastica o lamina metallica, dal rullo sulla piattaforma di stampa.
Bonding
Il passaggio successivo consiste nell'incollare il foglio allo strato precedente. Tuttavia, questo passaggio dipende dal tipo di tecnica di laminazione utilizzata. L'incollaggio viene effettuato utilizzando diversi metodi, tra cui:
- Saldatura termica: gli strati vengono uniti tramite l'applicazione di calore.
- Incollaggio: in questo caso per l'incollaggio si utilizza colla o resina.
- Saldatura a ultrasuoni: in questo caso, le vibrazioni ad alta frequenza saldano le lamiere senza fonderle.
Tagliare la forma
In questa fase, un laser o una lama vengono utilizzati per tagliare con precisione il profilo del componente dalla lamiera incollata. Le aree non tagliate fungono da materiale di supporto e vengono rimosse dopo la costruzione.
Impilamento degli strati e formazione delle parti
A questo punto, aggiungi nuovi fogli e continua a incollarli, modellandoli in base al modello 3D. Questo processo continua fino a quando non viene realizzata la geometria finale e il materiale in eccesso viene rimosso.
Post produzione
Questo processo è facoltativo. La post-lavorazione può includere lavorazioni meccaniche e finiture superficiali per migliorare la precisione dimensionale e la qualità superficiale.
Tipi di tecniche di laminazione dei fogli
Produzione di oggetti laminati (LOM)
Questa è una delle prime tecnologie di laminazione a foglio. Nella LOM, ogni foglio appena steso, rivestito di adesivo, viene pressato a caldo sulla pila e immediatamente tagliato al laser o a lama secondo il contorno desiderato prima dell'aggiunta dello strato successivo. Viene utilizzato in numerose applicazioni, come la produzione di modelli architettonici, prototipi di varie forme e oggetti di marketing.
Laminazione a deposizione selettiva (SDL)
Questo tipo di stampa 3D è basato sulla carta e non sulla plastica o altri polimeri. In questo caso, SDL inchiostra prima un pattern adesivo selettivo su ogni foglio, incolla il foglio alla pila sotto calore e pressione e solo allora utilizza una lama al tungsteno per tagliare il contorno del nuovo strato.
Produzione additiva ad ultrasuoni (UAM)
In questo caso, i materiali vengono saldati tramite saldatura a ultrasuoni. I materiali non si fondono perché le vibrazioni ad alta frequenza vengono utilizzate per unire le superfici metalliche, mentre i metalli stessi rimangono solidi. È ideale per integrare componenti elettronici e creare strutture metalliche leggere.
Laminazione di fogli di plastica (PSL)
In questo caso, l'incollaggio avviene senza l'uso di adesivi. Gli strati di materiali polimerici vengono uniti tramite calore. Viene utilizzato per la prototipazione rapida e per modelli didattici.
Produzione di oggetti compositi con laminazione selettiva (SLCOM)
Si tratta di una tecnica diversa in cui la laminazione viene effettuata con materiali di base come termoplastici e fibre intrecciate (di carbonio). È ideale per la produzione di componenti leggeri utilizzati nei settori aerospaziale e automobilistico.
Materiali utilizzati nella laminazione dei fogli
Per la laminazione dei fogli si utilizzano materiali diversi, ma tutto dipende dalla tecnica e dall'applicazione:
Fogli di carta
Questi materiali sono economici, facilmente reperibili e comunemente utilizzati nella modellazione lineare (LOM). Non possiedono la resistenza e la durevolezza necessarie, il che li rende ideali per i mockup visivi.
Lamine di metallo
Si tratta di materiali come il rame e l'alluminio, molto utili nella tecnologia UAM. Grazie alla loro leggerezza, resistenza e durevolezza, vengono utilizzati per componenti strutturali e circuiti integrati.
Film plastici
Materiali come il policarbonato vengono utilizzati per le loro proprietà meccaniche uniche. Sono anche piuttosto facili da lavorare e adatti alla produzione di componenti sanitari e beni di consumo.
Laminazione di fogli: vantaggi e limiti
Vantaggi
- Materiali a basso costo
La carta e i fogli di plastica sono economici e ampiamente disponibili.
- Stampa ad alta velocità
Grazie all'approccio basato su fogli, è possibile aggiungere rapidamente i livelli.
- Minimo spreco di materiale
Vengono utilizzate solo le aree tagliate, riducendo gli sprechi.
- Parti di grandi dimensioni
È adatto per modelli di grandi dimensioni come le strutture architettoniche.
- Ottimo per prototipi visivi
Produce parti con una finitura superficiale decente, ideale per l'esposizione.
Limiti
- Forza più bassa
Spesso le parti non hanno l'integrità strutturale di quelle realizzate con altri metodi di produzione additiva, come la sinterizzazione laser selettiva o la modellazione a deposizione fusa.
- Scarsa adesione interstrato
Dipende dal metodo di incollaggio e dal materiale utilizzato.
- Risoluzione o dettaglio limitati
I bordi potrebbero essere meno netti rispetto alle stampe a base di polvere o resina.
- Requisiti di post-elaborazione
Spesso sono necessari per migliorare la precisione e la finitura.
Applicazioni di laminazione di fogli
La laminazione dei fogli è importante in diversi settori, soprattutto quando costi, velocità e dimensioni dei pezzi sono fattori critici. Per citarne alcuni:
Prototipazione industriale
La laminazione in fogli è economica e sufficientemente flessibile da consentire a ingegneri e progettisti di sperimentarla. Permette la creazione rapida ed economica di modelli visivi e prototipi a scopo di test e convalida.
Modelli architettonici
È ideale per realizzare modelli in scala dettagliati di edifici e strutture.
Strumenti educativi e formativi
Viene utilizzato nelle scuole e nei centri di formazione come supporto visivo e come modello di dimostrazione fisica.
Elettronica incorporata
La produzione additiva tramite ultrasuoni viene utilizzata per integrare sensori e cablaggi all'interno di componenti metallici solidi nei dispositivi elettronici.
Componenti aerospaziali e automobilistici
La capacità di laminare lamiere sottili lo rende perfetto per la creazione di componenti resistenti ma leggeri. Questi componenti vengono utilizzati nei settori automobilistico e aerospaziale per applicazioni che richiedono affidabilità e precisione.
FAQ
Quali parametri influiscono sulla laminazione dei fogli?
Per ottenere una laminazione di alta qualità, parametri come temperatura, pressione, velocità e durata sono fondamentali. I valori di questi parametri variano anche a seconda del tipo di materiale. Ad esempio, una carta spessa tra 115 e 150 g/m²-2 avrà bisogno di una pressione di 3 – 4 bar, temperatura di 95 – 100 oC e velocità di 10 – 15 m/min.
Quali norme regolano i prodotti laminati in fogli?
Diverse linee guida ISO e ASTM garantiscono la durevolezza, la precisione e la qualità dei prodotti laminati in fogli, tra cui:
- ISO/ASTM 52900 e 52920 – Definizione e normativa di garanzia della qualità.
- ISO/ASTM 52931.
La laminazione in fogli può essere utilizzata per parti finali o solo per prototipi?
Sì, è possibile. Alcune tecniche come la produzione additiva a ultrasuoni (UAM) e la produzione di oggetti compositi a laminazione selettiva (SLCOM) possono produrre parti funzionali e destinate all'uso finale. Tra queste rientrano componenti metallici leggeri utilizzati nel settore aerospaziale o nell'elettronica integrata, dove sono richiesti resistenza e funzionalità.
Tuttavia, a causa della minore adesione interstrato e della minore risoluzione, non è ideale per parti soggette a forti sollecitazioni, a meno che non siano rinforzate. Pertanto, la scelta di utilizzare la laminazione in fogli per l'uso finale dipende dal materiale, dalla tecnica e dai requisiti prestazionali.
Quali precauzioni di sicurezza sono necessarie durante l'utilizzo di macchine per la plastificazione di fogli?
Sebbene la laminazione dei fogli sia considerata un processo di stampa 3D a basso rischio, è opportuno seguire alcune misure di sicurezza:
- Indossare guanti protettivi quando si maneggiano superfici calde o adesivi.
- Assicurare la ventilazione quando si utilizzano adesivi che possono emettere fumi.
- Utilizzare occhiali protettivi in caso di saldatura a ultrasuoni o taglio laser.
- Tenere gli effetti personali lontano dalle parti in movimento per evitare che restino impigliati.
- Mantenere pulita l'area di lavoro per evitare incidenti.
Gli operatori devono inoltre attenersi alle linee guida del produttore della macchina ed essere formati sulle procedure di spegnimento di emergenza.