L'Additive Manufacturing e le tecnologie di stampa 3D industriale: soluzioni, vantaggi e buone pratiche
I processi di produzione additiva o sistema di stampa 3D industriale permettono la progettazione e fabbricazione di pezzi nuovi con geometrie complesse, o con nuove funzionalità in settori molto vari come l'industria aeronautica, energia, la fabbricazione di utensili o di prototipi. Tutti hanno una cosa in comune: la costruzione di un oggetto tramite l'aggiunta di materia partendo dal vuoto, grazie a successive deposizioni di un sottile strato di materiale.
Nella maggior parte dei processi di additive manufacturing, lungo tutta la catena del valore, i gas giocano ruoli essenziali per garantire la qualità finale dei pezzi, la sicurezza dell’impianto e ridurre i loro tempi di produzione:
- sicurezza del processo (protezione dal rischio di infiammabilità ed esplosività delle polveri),
- protezione dall'ossidazione e dall’azione dell'umidità sui materiali.
Scoprite tutte le nostre soluzioni per l'additive manufacturing
Che cos'è la produzione additiva?
La fabbricazione additiva dei metalli è chiamata anche fusione laser dei metalli o stampa 3D dei metalli. Consiste nella produzione di un pezzo a partire da sottili strati di polvere metallica fusi insieme da un raggio laser abbinato a un modello CAD del pezzo da produrre. Il pezzo viene quindi costruito strato per strato, invece di rimuovere il materiale durante la lavorazione. I settori spaziale, medico, della difesa e del design utilizzano sempre più spesso questo processo. Più il pezzo è complesso, più il processo diventa economico. L'industria dell'additive manufacturing sta trasformando i metodi di produzione grazie alla riduzione dei tempi di sviluppo e di produzione di pezzi ad alto valore aggiunto in tutti i settori dell'ingegneria meccanica, in particolare in quello aeronautico e spaziale.
Le soluzioni Air Liquide per i processi di produzione additiva
Air Liquide è al tuo fianco nello sviluppo della produzione di pezzi mediante additive manufacturing e ti propone le migliori soluzioni di gas in base al tuo tipo di processo di produzione.
La produzione di polveri metalliche
Le polveri metalliche spesso utilizzate nel metodo di produzione additiva sono prodotte principalmente da un sistema chiamato di atomizzazione a gas. La stabilità dei parametri di produzione come la pressione e la temperatura dell'Argon o dell'Azoto, è fattore fondamentale per garantire la qualità delle polveri prodotte al fine di ottimizzare la granulometria delle stesse per il mercato dell'additive manufacturing.
La qualità dei pezzi dipende dalla qualità delle polveri. Una corretta conservazione e un riciclaggio controllato di esse aiutano a limitare l'ossidazione.
La fabbricazione di pezzi con le diverse tecnologie di stampa 3D
Le diverse famiglie di processo sono classificate secondo gli standard ISO e ASTM:
- L'estrusione di materiale (Material Extrusion): processo tramite estrusione di filo (Fused Deposition Modeling/ FDM). Oltre alle applicazioni per stampa in 3D destinate al pubblico, è utilizzata anche nella produzione industriale.
- Getto di legante (Binder Jetting): materiali che vanno dalla ceramica, ai polimeri e alla plastica, ed anche certi metalli sotto forma di polvere.
- Getto di materiale (Material Jetting): particelle fini vengono depositate e poi solidificate (es: fotopolimeri).
- Deposizione di materiale a energia diretta (Directed Energy Deposition/DED): il materiale di stampa è direttamente fuso da una fonte di energia utilizzando un laser o un arco elettrico. Qui vengono utilizzate l'Argon e miscele Ar-CO2.
- La fusione su letto di polvere (Powder Bed Fusion/PBF) per metalli, plastica o polimeri permette già oggi di produrre molti pezzi industriali in produzione di serie. La fonte di energia del processo di fusione a letto di polvere è spesso un laser (Selective Laser Melting/SLM, Selective Laser Sintering/SLS, Direct Metal Laser Sintering/DMLS, ecc.). Argon o azoto sono usati come gas di protezione. Il fascio di elettroni (Electron Beam Melting EBM) è qualche volta utilizzato per i pezzi metallici. In questo caso, viene utilizzato l'elio con una bassa contropressione per evitare schizzi.
- Laminazione di fogli (Sheet Lamination/SL): tecnica per stampare tramite sovrapposizione strati successivi di fogli legati o incollati tra loro da un legante.
- Fotopolimerizzazione in vasca (Vat Photopolymerization) come la stereolitografia (SLA) che solidifica selettivamente un fotopolimero liquido.
Produzione additiva e operazioni di finitura
Dopo la fase di costruzione, i pezzi passano attraverso operazioni di finitura:
- Raffreddamento in atmosfera inerte, azoto o argon.
- Rimozione dei supporti, prodotti assieme al pezzo
- Pulizia, con la possibilità di utilizzare il processo di pulizia con CO2 sotto forma supercritica.
- Trattamento di distensione per eliminare le sollecitazioni residue
- Eventuali trattamenti termici aggiuntivi in atmosfera controllata per conferire ai pezzi le caratteristiche meccaniche desiderate
- Trattamento superficiale per ottenere la finitura superficiale voluta (ad esempio rugosità) o lavorazione meccanica o crio lavorazione (senza olio) se necessario
La produzione additiva è in costante sviluppo e ricca di innovazioni. In questi ultimi anni, la sostituzione dei metodi di produzione tradizionali con le tecnologie di additive manufacturing han innegabilmente apportato dei vantaggi (design ottimizzato, pezzi più leggeri, prototipazione veloce, semplificazione della catena logistica, ottimizzazione del costo complessivo del pezzo, ecc.). Per sfruttare appieno questo potenziale, vale la pena prendere in considerazione questa modalità di produzione fin dalla fase di progettazione del pezzo.
eBook
Additive manufacturing del metallo
Suggerimenti e buone pratiche per la fusione laser
L'additive manufacturing (AM), anche chiamato stampa 3D industriale, sta assumendo un'importanza sempre maggiore e sta andando verso la produzione di massa. In questo e-book, Air Liquide e l'Istituto Fraunhofer condividono nuove idee e tecnologie per la fusione laser selettiva, nonché consigli per riuscire ad inserire l’impianto di produzione additiva nella vostra produzione.
Video
Produzione Additiva
Erpro & Sprint si affidano a noi
I processi di produzione additiva (additive manufacturing) utilizzano gas come Argon, Azoto o Elio. I gas svolgono funzioni fondamentali in questo tipo di processi per garantire un risultato finale sicuro e di qualità elevato:
- protezione dal rischio di infiammabilità ed esplosione delle polveri,
- protezione dall'ossidazione e dall'azione dell'umidità sui materiali in fusione.
I gas durante tutto il processo di additive manufacturing
Il principale gas utilizzato per la produzione di pezzi di metallo è l'Argon, ma a seconda dei materiali e dei processi, possono essere anche utilizzati l'Azoto o l'Elio. Questi gas devono, ovviamente, essere impiegati in condizioni corrette in termini sicurezza (es. rischio di anossia), all'interno di un ambiente di lavoro professionale.
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L'importanza del LASER nella produzione di componenti metallici
La produzione 3D nell'industria
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Le tecnologie 3D sono compatibili con l'industria del futuro e l'industria 4.0?
La stampa 3D può essere considerata industriale?
Quali materiali possono essere utilizzati nella stampa 3D?
Evoluzione di materiali e processi: quale futuro per la produzione additiva?
In che modo i processi e le tecnologie di fusione contribuiscono al boom della produzione additiva?
FAQ
Che cos'è la produzione additiva?
Perché usare la produzione additiva o la stampa 3D e come inserirla nella vostra produzione?
Come vengono rimossi i supporti nella produzione additiva?
Quali sono le differenze tra la produzione additiva e la stampa 3D?
Come identificare i materiali stampabili?
Che cos'è la stampa 3D in metallo?
Quali settori utilizzano più frequentemente la tecnologia 3D?
Qual è il ruolo del gas nella produzione additiva?
Quale processo di stampa 3D scegliere?
Come funziona la produzione additiva?
Ottenere parti di alta qualità in totale sicurezza grazie ad Argon, Azoto ed Elio nel processo di produzione additiva dei metalli: produzione e stoccaggio della polvere, inertizzazione della camera di costruzione e post-elaborazione.
Perché usare i gas industriali nell'Additive Manufacturing? Air Liquide fornisce Azoto (N2), Argon (Ar) ed Elio (He), gas che sono utilizzati in tutta la catena del valore:
- Produzione, riciclaggio e stoccaggio delle polveri: inertizzazione, plasma
- Costruzione di parti: inertizzazione della camera di costruzione, letto di polvere, spruzzatura...
- Post-trattamento: trattamento termico, pulizia CO2...
Flessibilità e progettazione di parti complesse
Qualunque sia il processo (Selective Laser Fusion (SLM) o Electron Beam Beam (EBM), deposizione di materiale in polvere o in filo (DMD), l'additive manufacturing o la stampa industriale 3D permette di progettare nuove parti con geometrie complesse o nuove funzionalità aggiungendo strati successivi di materiali.
Affidabilità
Anche se rappresentano solo una piccola parte della struttura dei costi delle parti metalliche, i gas sono tuttavia indispensabili per il funzionamento delle macchine e richiedono quindi una continuità di fornitura garantita. I gas industriali impediscono qualsiasi deformazione o combustione del pezzo durante la stampa ad alta temperatura. Il principale gas utilizzato per la fabbricazione di parti metalliche è l'Argon, ma, a seconda dei materiali, si può usare anche l'Azoto o l'Elio.
Sicurezza dell'installazione
Naturalmente, i gas industriali devono essere utilizzati in condizioni di sicurezza controllate (ad esempio, rischio di anossia). Air Liquide vi guida per garantire la sicurezza delle vostre installazioni e vi consiglia sull'implementazione di apparecchiature di rilevamento dell'anossia, sui servizi di manutenzione degli impianti e, naturalmente, sulla formazione sull'uso dei gas.
Gas adatti alla stampa 3D di dispositivi medici
I nostri gas specifici per l'impronta 3D industriale metálica offrono un'impronta ottimale dei materiali medici (ad esempio, le protesi dentarie).
La nostra soluzione per l'additive manufacturing
Fornitura di gas
- Argon (Ar), Azoto (N2), Elio (He) alla purezza richiesta
- Approvvigionamento continuo ed evolutivo secondo le esigenze mutevoli
- Sicurezza e affidabilità
Installazione e attrezzatura
- Rete di distribuzione del gas personalizzata: installazioni, rete fino al punto di utilizzo, telemetria, manutenzione associata
- Installazione di sicurezza (anossia)
- Attrezzature specifiche per lo stoccaggio della polvere
Esperienza e servizi
- Ottimizzazione dell'idoneità "processo-gas-materiali
- Preparazione delle specifiche
- Definizione e progettazione degli impianti della rete del gas e della sicurezza
- Controlli sui gas nei sistemi di stampa 3D
Il ruolo dei gas nella produzione additiva
Il ruolo dei gas nell'additive manufacturing in tutte le fasi
I gas rappresentano solo una parte molto piccola del costo di produzione in questo settore, ma giocano un ruolo cruciale per la sicurezza, la stabilità del processo e la qualità dei prodotti finali.
Produzione additiva e operazioni di finitura
La qualità dei pezzi dipende dalla qualità delle polveri. Devono essere conservati e riciclati per limitare l'ossidazione.
Una volta terminata la fase di costruzione, i pezzi devono essere sottoposti alle seguenti operazioni di finitura:
-raffreddamento in un'atmosfera neutra antiruggine
- pulizia con il processo di pulizia CO₂
- trattamento di distensione per eliminare le tensioni residue
- eventuali trattamenti termici aggiuntivi per dare ai pezzi le caratteristiche meccaniche o le proprietà superficiali desiderate.
Vi guideremo attraverso i nostri prodotti e soluzioni, in modo che possiate scegliere le migliori opzioni per aiutarvi nel vostro sviluppo di additive manufacturing.