Additive Manufacturing - 3D Printing

L'Additive Manufacturing (in Italiano Tecnologia additiva o ancora Stampa 3D) è oggi identificata come una nuova, vera e propria rivoluzione industriale nella fabbricazione di componenti e prodotti in svariati settori come Aeronautico, Automotive, Biomedicale, Ceramico, etc.
La tecnologia additiva, in opposizione alle metodologie di produzione sottrattiva (lavorazioni per asportazione di truciolo, taglio e foratura), descrive una serie di processi produttivi che consentono di realizzare oggetti tridimensionali a partire da un modello di progettazione computerizzato (CAD 3D), depositando progressivamente materiale stato su strato (ca. 20-100 um).

Le tecnologie additive (additive manufacturing) forniscono numerosi vantaggi per la produzione di prodotti esistenti, tra i quali la riduzione dei costi di costruzione e dello spreco di materiali (da cui un ridotto impatto ambientale). Ulteriori vantaggi sono:

• Un metodo rapido, flessibile e economico che favorisce l'innovazione. In effetti i brevi tempi di produzione sono ideali per la prototipazione o volumi di produzione piccoli (ma non solo) e non necessita di stampi che devono essere ammortizzati.
• La possibilità di creare facilmente forme e strutture complesse, caratterizzati da geometrie e proprietà strutturali che sarebbero impossibili da raggiungere con i processi tradizionali.
• Una personalizzazione facile dei prodotti.

Esistono diverse tecniche di produzione additiva, che possono essere classificate nelle seguenti categorie:

• tecniche basate sull'estrusione o sull'uso di un filo (Fused Deposition Modeling (FDM) - FFF (Fused Filament Fabrication) - Electron Beam Freeform Fabrication (EBF) – etc.),
• tecniche che usano materiali granulari (Selective Laser Sintering (SLS) - Selective Laser Melting (SLM) - Electron Bean Melting (EBM) - Selective Heat Sintering (SHS), Plaster-based 3D Printing (PP), etc.
• tecniche che usano come materiale dei laminati
• infine la stereolitografia che utilizza un processo di fotopolimerizzazione per solidificare una resina liquida.

La scelta della tecnica produttiva dipende in parte dal materiale da trattare che può essere: materiali termoplastici, gomma, silicone RTV, polveri metalliche, qualsiasi lega metallica, acciaio inossidabile, alluminio, polveri di ceramica, Gesso, argilla, porcellana amidi, Carta, fogli metallici, film plastici, Fotopolimeri, etc.

Caso dell'AM a base di polveri metalliche

Nel caso delle polveri metalliche esistono 2 categorie di tecnologie:

• Tecnologie su letto in polvere (Selective Laser Melting SLM) che si basano su due semplici passaggi alternati:
  - La deposizione di un sottile strato di polvere per formare un letto in polvere
  - La sinterizzazione o il melting per fondere insieme le particelle
• Tecnologie con polvere soffiata (Laser direct Metal Deposition LMD), dove la polvere metallica viene soffiata coassialmente al fascio laser che scioglie le particelle su un metallo di base per formare un legame metallurgico quando questo viene raffreddato

La qualità del materiale di partenza è uno degli aspetti fondamentali dell'Additive manufacturing. Ad esempio l'inconsistenza delle polveri metalliche disponibili può generare problemi in produzione e quindi necessita di un severo controllo qualità delle materie prime di partenza. Inoltre vanno valutati i seguenti aspetti nella scelta delle polveri metalliche di partenza:

• proprietà di stoccaggio ed invecchiamento delle polveri
• riutilizzabilità/riciclaggio della polvere di scarto dopo cicli di produzione

A tal fine assume fondamentale importanza la possibilità di misurare le principali caratteristiche delle polveri metalliche in termini di: dimensione e forma delle particelle, densità reale e apparente, area superficiale, porosità, reologia delle polveri (scorrevolezza, impaccamento...), composizione chimica. Il controllo di tutte le suddette proprietà è essenziale per evitare fenomeni di plug delle testine, garantire una diffusione uniforme della polvere all'interno del letto, una cinetica di sinterizzazione/melting adatta e quindi un prodotto finale robusto e con superfici prive di rugosità superficiale e difetti.

Per ottenere misure accurate, riproducibili e statisticamente rappresentative delle polveri di partenza e di scarto diventa indispensabile l'uso di strumenti e tecniche di insieme evoluti e complementari come: granulometria a diffrazione laser, imaging morfologico, picnometro a elio, reologia per polveri, porosimetria a gas, microscopia a scansione elettronica con analisi elementare (SEM+EDX). Il controllo del prodotto finale con analisi in alta risoluzione SEM e analisi elementare EDX consente di verificare la qualità e l'assenza di difetti sul pezzo.

Il laboratorio AlfatestLab propone un set completo di tecniche di caratterizzazione delle polveri per l'AM. Contattaci!