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.
Scopri tutte le nostre soluzioni per stampa 3D/produzione additiva
Air Liquide offre gas e miscele di gas che soddisfano i requisiti di qualità di tutte le soluzioni tecniche legate all'additive manufacturing.
Hai qualche domanda sulle tecnologie di produzione additiva?
I nostri esperti ti aiuteranno a realizzare il tuo progetto proponendoti le soluzioni più adatte alle tue esigenze.
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.
Che cos'è la fabbricazione additiva? Quali sono i vantaggi?
Il termine "produzione additiva” (o fusione laser di metalli o stampa 3D di metalli) si riferisce al processo di produzione di oggetti fisici in 3D aggiungendo materiali strato per strato per ottenere le forme desiderate. Nel caso dei produttori, in particolare, la fabbricazione additiva si riferisce spesso all'uso industriale della stampa 3D per varie operazioni , come la fabbricazione di utensili e stampi, la produzione di prototipi e molte altre realizzazioni.
Qualunque sia il processo (fusione laser selettiva (SLM) o a fascio di elettroni (EBM), deposizione di polveri o fili (DMD, Direct Metal Deposition)), la produzione additiva o stampa 3D consente di progettare nuove parti con forme geometriche complesse o nuove funzionalità che sarebbero difficili o impossibili da ottenere con altri metodi di produzione. Inoltre permette di lavorare con un'ampia varietà di materiali (ceramica, polimeri, compositi metallici, etc ...).
Nel caso specifico della produzione additiva dei metalli, questo processo, noto anche come fusione laser dei metalli o stampa 3D dei metalli, prevede la produzione di un pezzo a partire da sottili strati di polvere metallica fusi insieme mediante un raggio laser accoppiato a un modello CAD del pezzo da produrre. Il pezzo viene costruito strato per strato, aggiungendo materiale, a differenza dei processi di lavorazione tradizionali, che tendono a rimuovere materiale.
I settori aerospaziale, medicale, della difesa e del design utilizzano sempre più spesso questo processo, che sta rivoluzionando i metodi di produzione riducendo i tempi di sviluppo e produzione. In tutti i settori dell'ingegneria meccanica, in particolare in quello aerospaziale, più il pezzo è complesso o ad alto valore aggiunto, più il processo è conveniente. La produzione additiva è in costante sviluppo e le novità sono numerose. Negli ultimi anni, la sostituzione dei metodi di produzione tradizionali con le tecnologie di produzione additiva ha portato innegabilmente dei vantaggi (ottimizzazione della progettazione, pezzi più leggeri, prototipazione rapida, semplificazione della supply chain, ottimizzazione del costo complessivo del pezzo, ecc.) Per sfruttare appieno questo potenziale, la produzione additiva deve essere presa in considerazione nella fase di progettazione dei pezzi.
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.
Che ruolo hanno i gas nella produzione additiva per preservare le polveri?
La qualità delle parti dipende dalla qualità delle polveri. Per limitare l'ossidazione delle polveri dovuta agli effetti combinati dell'ossigeno e dell'umidità dell'aria, le polveri devono essere conservate e riciclate in un'atmosfera inerte (azoto).
La fabbricazione di pezzi con le diverse tecnologie di stampa 3D
Esistono diversi tipi di processi e tecnologie di produzione additiva, classificati secondo gli standard ISO e ASTM. I principali tipi di processo includono l'estrusione di materiale, la spruzzatura/iniezione di legante, la deposizione di metallo a energia concentrata/guidata, la fusione a letto di polvere, la laminazione di fogli (SL) e la fotopolimerizzazione al tino. Questi processi sono caratterizzati da:
- Estrusione di materiale :Fused Deposition Modeling (FDM). Si tratta di una delle tecnologie più comuni, che utilizza un filamento di polimero fuso depositato strato per strato. È molto diffusa in ambito domestico e didattico per il suo basso costo e la sua facilità d'uso. Ma oltre alle applicazioni di stampa 3D per i consumatori, viene utilizzata anche nella produzione industriale.
- Binder Jetting: utilizzato per produrre parti da materiali in polvere (ceramica, polimeri, plastica o metalli), che vengono sparsi e poi polimerizzati, strato per strato, sul letto di stampa per creare l'oggetto 3D. Dopo la stampa di ogni strato di materiale, viene utilizzato un legante liquido per legare la polvere in una forma solida prima di stampare lo strato successivo.
- Directed Energy Deposition (DED): processo termico in cui il materiale di stampa viene fuso direttamente da una fonte di energia che utilizza un laser o un arco elettrico. I gas utilizzati sono argon e miscele di Ar-CO₂. Questo processo consente un controllo preciso della forma e delle dimensioni dell'oggetto stampato. Il DED è spesso utilizzato per costruire parti o riparare e rinforzare componenti esistenti.
- La Powder Bed Fusion (PBF) è un processo in cui la polvere viene sparsa su un letto e poi fusa utilizzando una fonte di energia. È utilizzato per metalli, plastiche o polimeri, in quanto consente di produrre in serie diversi modelli di pezzi industriali con geometrie complesse. La fonte di energia per il processo di fusione delle polveri è spesso un laser (Selective Laser Melting / SLM , Selective Laser Sintering/SLS, Direct Metal Laser Sintering / DMLS, ecc.) Come gas di schermatura si utilizza argon o azoto. La fusione a fascio di elettroni (EBM) è talvolta utilizzata per le parti metalliche. In questo caso, si utilizza il vuoto insieme a una pressione parziale di elio per evitare schizzi.
- Laminazione (Sheet Lamination / SL): nota anche come produzione di oggetti laminati (LOM), è una tecnica di stampa che prevede la sovrapposizione di strati successivi di fogli legati o incollati tra loro da un legante.
- La fotopolimerizzazione in vasca, come la stereolitografia (SLA), utilizza un laser a ultravioletti per polimerizzare selettivamente ogni strato di un fotopolimero liquido per creare un pezzo o un oggetto.
Altri tipi di processi di fabbricazione additiva includono:
- Produzione a filamento metallico fuso (FFF in metallo);
- Elaborazione digitale della luce (DLP);
- Stampa multijet (MJ)
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
Hai qualche domanda sulle tecnologie di produzione additiva?
I nostri esperti ti aiuteranno a realizzare il tuo progetto proponendoti le soluzioni più adatte alle tue esigenze.
I gas per la produzione additiva
Perché utilizzare i gas per la produzione additiva?
I gas nei processi di produzione additiva garantiscono un risultato finale di alta qualità.
- Sicurezza
I gas svolgono una delle funzioni più importanti in questi processi: garantire la protezione dal rischio di accensione della polvere.
Il gas principale utilizzato per la produzione di parti metalliche è l'argon, ma, a seconda del materiale, si possono utilizzare anche azoto o elio. Naturalmente, questi gas devono essere utilizzati in condizioni di sicurezza controllate (ad esempio, rischio di anossia). Air Liquide collabora con voi per garantire la sicurezza dei vostri impianti e vi consiglia l'installazione di apparecchiature per il rilevamento dell'anossia, i servizi di manutenzione dell'impianto e la formazione sull'uso dei gas. - Affidabilità del processo
I gas proteggono dall'ossidazione e dall'umidità i materiali fusi per ottenere la qualità desiderata dei pezzi in modo riproducibile.
Sebbene rappresentino solo una minima parte della struttura dei costi dei componenti metallici, i gas sono comunque essenziali per il funzionamento delle macchine e richiedono quindi una fornitura continua.
Quale gas utilizzare a seconda del processo di produzione additiva?
Vi guideremo attraverso i nostri prodotti e le nostre soluzioni in modo che possiate scegliere le opzioni migliori per aiutarvi nello sviluppo della produzione additiva.
| FAMIGLIA | PROCEDIMENTO | GAS | MATERIALE |
|---|---|---|---|
Direct Energy Deposition | LMD, DMD (1) | Argon o Azoto | Tutti i materiali |
Fusione selettiva su letto di polvere | SLS (2) | Argon o Azoto | Titanio, nichel, altre leghe metalliche |
| SLM (3) | Plastica, acciaio, cromo, cobalto | ||
| EBM (4) | Elio | Tutti i materiali |
(1) Laser Metal Deposition, Direct Metal Deposition – (2) Selective Laser Sintering – (3) Selective Laser Melting - (4) Electron Beam Melting
Come Air Liquide può aiutarvi nel vostro processo di produzione additiva
Air Liquide fornisce in modo affidabile azoto (N2), argon (Ar) ed elio (He), utilizzati in tutta la supply chain della produzione additiva:
- Produzione, riciclaggio e stoccaggio della polvere: inertizzazione, plasma ...,
- Costruzione di parti: inertizzazione della camera di costruzione, polvere, spruzzatura ...,
- Post-lavorazione: trattamento termico, pulizia con CO2.
Fornitura di gas
- Argon (Ar), Azoto (N2), Elio (He) con la purezza richiesta.
- Offerta continua e modulabile per soddisfare esigenze in continua evoluzione.
- Sicurezza e affidabilità.
Installazioni e attrezzatura
- Rete di distribuzione del gas personalizzata: centrali, rete fino al punto di utilizzo, telemetria, manutenzione associata.
- Installazione di sicurezza (anossia).
- Attrezzature specifiche per lo stoccaggio delle polveri.
Competenza e servizi
- Ottimizzazione del "pacchetto" “processo-gas-materiale”.
- Preparazione delle specifiche richieste
- Definizione e progettazione della rete di distribuzione di gas e degli impianti di sicurezza.
- Audit e consulenza sui gas per i sistemi di stampa 3D in metallo.
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
Fabbricazione additiva di metalli
Air Liquide ti accompagna nel processo di produzione di parti con la fabbricazione additiva e ti offre le migliori soluzioni di gas in base al tuo processo di produzione.
Scopri come Air Liquide può supportarti in questo video.
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.
Hai qualche domanda sulle tecnologie di produzione additiva? Compila il nostro modulo di contatto.
I nostri esperti risponderanno il prima possibile.Il ruolo dei gas industriali nell'Additive Manufacturing e l'expertise di Air Liquide
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.
Maggiori informazioni
- L'importanza del LASER nella produzione di componenti metallici
- Panoramica non esaustiva dei produttori di apparecchiature per la produzione additiva in base alle tecnologie proposte
- La produzione 3D nell'industria
- La produzione di pezzi si libera dai vincoli grazie alla progettazione 3D
- Le tecnologie 3D sono compatibili con l'industria del futuro e l'industria 4.0?
- La scelta del gas e dell'impianto di distribuzione del gas industriale è importante per l'alimentazione dei tuoi sistemi di stampa?
- 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?
- Materiali e tecnologie: le chiavi del successo?
- Perché la tecnologia FFF, chiamata anche FDM, può permettere la diffusione della stampa 3D in metallo?
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?
- Quanto costa la produzione additiva del metallo?
- Come progettare nella produzione additiva o stampa 3D?