SPECIALE M AT E R I A L I , T R AT TA M E N T I E F I N I T U R E P E R L A P R O D U Z I O N E A D D I T I VA
additiva
PRODUZIONE
IL FUTURO PUNTA SU MATERIALI SEMPRE PIÙ SOSTENIBILI PRODOTTI DA RISORSE NATURALI O MATERIALI RICICLATI, E SOLUZIONI DI POST-PROCESSING PIÙ RAPIDE E AUTOMATIZZATE di Patrizia Ricc
Di Patrizia Ricci
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a stampa 3D, oggi sempre più diffusa, consente di realizzare una gamma praticamente sconfinata di prototipi e componenti per le applicazioni più diversificate, in modo rapido ed economico. Tuttavia, se si vogliono ottenere parti che abbiano l’aspetto desiderato o proprietà meccaniche e caratteristiche funzionali specifiche, molto dipende non solo dalla scelta del giusto processo di stampa quanto da quella del materiale. I materiali sono una componente chiave del mercato della stampa 3D. È possibile individuare sostanzialmente quattro famiglie di materiali: polimeri, metalli, ceramiche e compositi, ognuna in fase di continuo sviluppo. Saranno proprio le innovazioni in termini di materiali che nel prossimo futuro porteranno all’apice il settore dell’AM. Sono tantissimi i materiali disponibili per la stampa 3D, ciascuno con caratteristiche uniche che lo rendono la scelta migliore per casi d’uso specifici. E la lista si allunga continuamente.
@Norblast
La plastica, un materiale sempre più sostenibile La plastica è realizzata con composti sintetici o semi-sintetici ed è un materiale malleabile, cioè può cambiare forma. La maggior parte delle plastiche è interamente sintetica, derivata da elementi petrolchimici; tuttavia, sono sempre di più i produttori che stanno cercando di produrre filamenti, resine o polveri da risorse naturali e rinnovabili, in funzione della domanda degli utenti che è orientata verso materiali sempre più sostenibili, che possano essere riciclati o almeno riutilizzati e che abbiano un minore impatto ambientale, come l’acido polilattico (PLA). Se prodotta sotto forma di filamenti o di polvere, la plastica deve essere fusa per formare l’oggetto stampato strato per strato; se invece viene prodotta sotto forma di resina, per formare l’oggetto si deve solidificare. Nel campo delle plastiche, sostanzialmente si hanno due macrocategorie: le termoplastiche, le più utilizzate, e le plastiche termoindurenti. Nel primo caso, il materiale si caratterizza per la sua capacità di passare attraverso numerosi cicli di fusione e solidificazione. Si possono riscaldare e modellare M &A | GENNAIO/FEBBRAIO 2022
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SPECIALE M AT E R I A L I , T R AT TA M E N T I E F I N I T U R E P E R L A P R O D U Z I O N E A D D I T I VA nella forma desiderata con un procedimento reversibile, dato che non implica alcun legame chimico; quindi è possibile riciclare o fondere e riutilizzare il materiale. Ad ogni ciclo di fusione, tuttavia, le proprietà cambiano leggermente. Le plastiche termoindurenti, invece, rimangono in uno stato solido permanente dopo la polimerizzazione. I polimeri dei materiali termoindurenti creano legami incrociati durante il processo di polimerizzazione, indotto da calore, luce o radiazioni adeguate. Se riscaldate, le plastiche termoindurenti non si fondono, ma si decompongono, e non si riformano una volta raffreddate, per cui non è possibile riciclarle o trasformarle nuovamente nei loro componenti originali. I tre processi più usati per la stampa 3D in plastica sono: l’FDM, modellazione a deposizione fusa, più popolare ed economico, che fonde ed estrude filamenti termoplastici che vengono poi depositati strato per strato nell’area di stampa dall’ugello della stampante; lo SLA (stampanti stereolitografiche) che utilizza materiali termoindurenti e reattivi alla luce, chiamati “resine”, allo stato liquido indurendole tramite polimerizzazione laser (fotopolimerizzazione); la SLS, sinterizzazione laser selettiva, che utilizza un laser ad alta potenza per fondere piccole particelle di polvere termoplastica. I diversi materiali e processi di stampa 3D hanno ciascuno i propri punti di forza e punti deboli che ne definiscono l’idoneità a differenti applicazioni. Altre due tecnologie che possono stampare con le plastiche sono Material Jetting e Multi Jet Fusion. Vediamo ora quali sono le plastiche più utilizzate nella stampa 3D o almeno le più conosciute.
Le plastiche più utilizzate I filamenti di ABS sono i più utilizzati; si tratta di un termoplastico che contiene una base di elastomeri basati su polibutadiene che lo rende più flessibile e resistente agli urti. L’acido polilattico o PLA, ha il vantaggio di essere biodegradabile, a differenza dell’ABS, in quanto realizzato utilizzando materie prime rinnovabili come l’amido di mais; l’ASA, è un materiale che ha proprietà simili all’ABS, ma ha una maggiore resistenza ai raggi UV; il tereftalato di polietilene, o PET, è comunemente contenuto nelle bottiglie di plastica usa e getta. Il PET è piuttosto rigido e ha una buona resistenza chimica; il PETG, o poliestere modificato con glicole, è invece una termoplastica ampiamente utilizzata sul mercato della manifattura additiva, che unisce la semplicità della stampa 3D del PLA e la resistenza dell’ABS. Si tratta di una plastica amorfa che può essere riciclata al 100% che ha la stessa composizione chimica del polietilene tereftalato; il policarbonato (PC), resistente e trasparente, è un materiale dalla elevata resistenza e buona resistenza alla temperatura, in grado di resistere a qualsiasi deformazione fino a circa 150°C. Ha una densità molto più bassa del vetro ed è quindi particolarmente interessante per il design di parti ottiche, schermi protettivi oppure oggetti decorativi. I polimeri ad alte prestazioni (PEEK, PEKK, ULTEM), sono filamenti dalle elevate prestazioni con caratteristiche meccaniche simili a quelle dei metalli. Il 72
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polipropilene è un’altra termoplastica ampiamente utilizzata nel settore automobilistico. Infine abbiamo anche il nylon. Solo per citare le plastiche più comuni.
I materiali compositi, ibridi, solubili e flessibili I materiali compositi, comunemente conosciuti come fibrorinforzati, sono caratterizzati dall’aggiunta di fibre alla matrice plastica per conferire maggiore robustezza a parità di peso. Ci sono due tipi di rinforzo: fibre corte o fibre continue. Le prime consistono in segmenti di lunghezza inferiore a un millimetro, mescolate ai materiali plastici tradizionali per la stampa 3D o ai materiali termoplastici quali nylon, ABS o PLA, per aumentare la rigidità e, in minore misura, la resistenza dei componenti. Le seconde vengono aggiunte alle termoplastiche in maniera continuativa per produrre un pezzo più robusto. La fibra principale impiegata nel settore della stampa 3D è la fibra di carbonio, ma ci sono anche altre fibre, come la fibra di vetro o il Kevlar. Ci sono anche i materiali ibridi, che nascono dall’unione di plastiche e polveri che danno loro un nuovo colore, una nuova finitura o ulteriori proprietà. Spesso basati sul PLA, questi materiali sono solitamente composti al 70% da
Produzione additiva in ceramica Quello della produzione additiva in ceramica è un mercato di nicchia con forti previsioni di crescita. Si prevede che il suo valore sarà di 400 milioni di dollari entro il 2032, cioè 7 volte più di adesso, anche se, al momento, è una tecnologia spesso sconosciuta ai più e ancora agli esordi. Certamente meno diffusa rispetto alla stampa 3D di polimeri e di metalli, per ora è utilizzata per la ricerca e la prototipazione rapida, soprattutto in settori come l’aerospaziale, la difesa, l’ingegneria dentale e chimica, che sono interessati alla produzione di pezzi in piccola serie.
Stampa 3D in metallo
@Weerg
PLA e al 30% da materiali ibridi, quali, ad esempio, filamenti a base di legno come bambù, sughero, polvere di legno e molto altro che donano al filamento ibrido una consistenza più organica. Alcuni materiali ibridi contengono polveri di metallo per dare ai pezzi una finitura metallizzata. Gli oggetti in alumide sono prodotti a partire da una combinazione di poliammidi e polvere di alluminio impiegando il processo SLS e, per la loro superficie porosa e l’aspetto granuloso, necessitano di alcuni trattamenti di post-elaborazione quali molatura, sabbiatura, rivestimento o fresatura. I materiali solubili sono materiali stampati affinché si dissolvano in una fase successiva del processo di fabbricazione. I due materiali per filamenti solubili più comuni sono HIPS (polistirene antiurto) e PVA (polivinil acetato). I filamenti flessibili sono simili al PLA, ma solitamente sono realizzati in TPE o in TPU. Il vantaggio di utilizzare questi filamenti nella stampa 3D è che permettono la creazione di oggetti deformabili, ampiamente impiegati nel settore della moda. E da ultimo, non certo per importanza, ci sono le resine che consentono di creare oggetti estremamente precisi e dalle superfici lisce.
La stampa 3D in metallo è utilizzata soprattutto nei settori aerospaziale, automobilistico e medico, poiché consente la stampa di pezzi complessi in metallo a un prezzo relativamente basso, se confrontato con i processi di fabbricazione tradizionali. Sistemi ibridi, deposito di metallo, materiali di recupero e numerosi altri progetti innovativi degli ultimi anni rendono il processo più efficiente che mai. Tra i materiali più comunemente usati nella stampa 3D a metallo troviamo l’alluminio, principalmente utilizzato sotto forma di lega, resistente e leggero. L’acciaio, popolare soprattutto nelle applicazioni industriali, perché offre solide proprietà meccaniche e una buona finitura superficiale. L’acciaio è un materiale resistente e antigraffio, adatto alla stampa di strumenti per utilizzo finale e altre parti ad alta resistenza, mentre le leghe di nickel possiedono un’alta resistenza a trazione, attrito e rottura, e sono resistenti al calore e alla corrosione. Inoltre, ci sono metalli come il gallio, il cromo-cobalto, per applicazioni mediche e il titanio, leggero e di eccellenti caratteristiche meccaniche, robusto e altamente resistente a calore, ossidazione e acidi; per la sua buona resistenza alla corrosione e la sua biocompatibilità, il titanio è usato per applicazioni mediche. I metalli preziosi vengono principalmente impiegati in gioielleria. Nonostante il loro costo elevato, oro, argento e bronzo sono tutti impiegati nella stampa 3D per la creazione di pezzi di gioielleria complessi. La sfida principale in quest’ambito, tuttavia, è la finitura.
Tecnologie avanzate di superficie per l’Additive Manufacturing I processi di stampa 3D stanno rivoluzionando il modo di progettare, produrre ed utilizzare molti componenti, sia in polimero che in metallo: processi che si perfezionano di giorno in giorno e sistemi di stampa 3D industriale ormai presenti in numerose realtà aziendali del settore manifatturiero. Oltre allo sviluppo delle tecnologie di fabbricazione e alla ricerca sui materiali più idonei e performanti, si fa sempre più pressante l’esigenza di creare conoscenze e tecnologie per modificare nel modo voluto le superfici delle parti prodotte per Additive Manufacturing, focalizzando l’attenzione soprattutto sulla finitura superficiale, sui trattamenti e i rivestimenti, e sul controllo delle tensioni residue. Se infatti le tecnologie additive M &A | GENNAIO/FEBBRAIO 2022
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SPECIALE M AT E R I A L I , T R AT TA M E N T I E F I N I T U R E P E R L A P R O D U Z I O N E A D D I T I VA sono numerose, lo sono anche i metodi di post-produzione (rimozione dei supporti, del materiale in eccesso, finiture, lucidatura, trattamento termico, ecc.) e, in funzione della tecnologia di stampa impiegata, la post-elaborazione può essere più o meno lunga e complessa. I metodi più utilizzati nel 2021 hanno percentuali che indicativamente variano tra: rimozione dei supporti di stampa per l’82%, finitura della superficie per il 67%, rimozione della resina per il 45% e rimozione della polvere per il 44%. Il problema maggiore del post-processing è nel passaggio dalla prototipazione rapida alla produzione di massa.
Trattamento superficiale di superfici complesse Le caratteristiche delle superfici prodotte, in determinate condizioni, possono influenzare le proprietà finali dei manufatti. Ad esempio, nel settore degli stampi, per i quali le opportunità di creare canali di raffreddamento con geometria complessa (conformal cooling) fornita dalla stampa 3D rappresenta un valore molto importante e innovativo per un miglioramento delle loro performance, le finiture sono determinanti. Le ricerche attualmente in corso hanno come scopo proprio il conseguimento di una soluzione al problema del trattamento superficiale di configurazioni complesse e il condizionamento delle superfici interne di tali canali. La libertà nel design del pezzo ed in particolare la facilità di creare camere, cavità e canali interni non altrimenti ottenibili, resa possibile dalle tecnologie additive, rappresenta indubbiamente uno degli aspetti più interessanti ed apporta numerosi vantaggi alla produzione, ma l’elevata rugosità dei componenti prodotti, che per alcuni di essi costituisce di per sé un requisito voluto, rimane, nella maggior parte dei casi, ancora uno dei limiti principali e un elemento penalizzante, specialmente all’interno dei canali e delle camere. L’industria della manifattura additiva è quindi alla ricerca di tecniche e processi di levigatura delle superfici che permettano di raggiungere livelli di rugosità ottimali. La stampa 3D è efficace con metalli, plastiche, materiali compositi, ceramica e vetro: la lista delle materie prime da utilizzare, come abbiamo visto, è praticamente infinita, ma per molti versi, il post-trattamento rappresenta ancora una sfida. La finitura di componenti ottenuti da AM (additive manufacturing) richiede tuttavia un’analisi dell’intero flusso di processo per poter garantire la qualità superficiale desiderata, sia che avvenga tramite operazioni di rimozione delle strutture di supporto, che di rottura degli spigoli, di lucidatura ad alto gloss, di levigatura, raggiatura o di preparazione alla verniciatura. Da anni, alcune aziende del settore, hanno messo a punto numerosi processi di levigatura, lucidatura e granigliatura sviluppati specificatamente per questo scopo: in questo modo, è possibile trattare praticamente qualunque materiale, dalla plastica al metallo, e pezzi ottenuti con le più svariate tecnologie. Il ventaglio delle opzioni disponibili spazia dall’omogeneizzazione delle superfici alla lucidatura con bassi valori di rugosità e persino ad alto gloss. I fattori da prendere in considerazione sono la tecnologia di produzione additiva impiegata, la granulometria, le tolleranze degli strati di materiale applicati e la posizione del pezzo nella 74
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camera di produzione. La finitura di massa, ad esempio, è la tecnologia di riferimento per i pezzi in plastica o metallo. A seconda della forma e dimensione dei componenti e delle loro specifiche tecniche, è possibile ottenere le finiture desiderate con un trattamento in batch o individuale. Anche se, in ogni caso, sarebbe importante prendere in considerazione il grado di finitura richiesto già a partire dalla fase di progettazione.
La finitura dei componenti metallici I manufatti ottenibili mediante tecnologie additive hanno raggiunto ormai una qualità molto elevata, basti pensare a quella delle microfusioni ottenute mediante fusione a letti di polvere; anche i polimeri lavorabili presentano caratteristiche sempre più elevate, come la resistenza al calore e alle sollecitazioni meccaniche e chimiche. Tuttavia una delle caratteristiche dei processi additivi, in particolare di quelle con tecnologie LPBF (Laser Powder Bed Fusion), è proprio la non ottimale qualità superficiale dei componenti dopo la fase di stampa. Questo è dovuto all’utilizzo di polveri come materia prima, alla realizzazione del componente strato su strato (staircase effect) e alla presenza di supporti necessari alla produzione del componente stesso. Anche se la risoluzione ottenibile ha raggiunto livelli molto alti, si va dai decimi di millimetro della tecnologia FFF ai centesimi della stereolitografia ai micron della fusione a letti di polvere dettata delle dimensioni del granello di polvere metallica, tali tecnologie additive non presentano ancora la possibilità di produrre particolari estetici senza alcun trattamento successivo e quindi non si può prescindere dal ricorso a trattamenti estetici e funzionali. A seconda delle specifiche esigenze di ogni singolo componente vengono applicate tecnologie e soluzioni differenti.
@Norblast
Nell’Additive Manufacturing metallico, la rimozione dei supporti viene tradizionalmente effettuata manualmente tramite scalpelli, lime e piccole mole. Tuttavia, i metodi di rifinitura a mano sono costosi, irregolari e non riescono a stare al passo di una produzione di massa. Oggi l’evoluzione della tecnologia e in particolare delle tecniche di post-processing sta portando sempre di più all’utilizzo di metodi automatizzati per la finitura dei componenti. Il processo di rifinitura delle superfici per la produzione additiva può essere automatizzato, ad esempio, con soluzioni tecnologiche, in alcuni casi ancora in fase di brevetto, che integrano hardware e software proprietari con la chimica, garantendo che ogni componente stampato abbia la Ruvidezza Media (Ra) e la consistenza dimensionale desiderata, e conservi intatta la rifinitura dei dettagli delle stampe in 3D. Queste tecnologie innovative, che assicurano la rimozione coerente e totale dei supporti da ogni componente senza rotture e garantiscono la sicurezza che ogni componente risulti identico, ogni volta, eliminano i “rallentamenti” del post-printing manuale, combinando combustibili eco-sostenibili con l’uso di software e hardware proprietari, per portare a termine una rimozione dei supporti automatizzata e intelligente.
Le tensioni residue Relativamente alla produzione di componenti metallici, le attuali tecnologie inducono tensioni residue tutt’altro che trascurabili. Tensioni che possono produrre deformazioni del componente o scadente resistenza meccanica, a cui occorre prestare attenzione. In questo settore sono in atto ricerche e sperimentazioni che hanno già dimostrando sostanziali miglioramenti delle performance di fatica di componenti metallici attraverso opportuni trattamenti di shot peening. Lo
shot peening o pallinatura controllata, è un trattamento atto a migliorare la resistenza a fatica presente sui componenti. Tale trattamento può raggiungere notevoli profondità ed è spesso impiegato per ritardare od eliminare le rotture associate a stress-corrosion, fretting, pitting e per ridurre gli effetti negativi legati alla decarburazione di superfici. In ambienti aeronautici viene impiegato anche prima dei rivestimenti galvanici per eliminare l’infragilimento derivante dalla deposizione dello strato. A seguito del trattamento cambia la rugosità del pezzo. Nel caso di leghe in alluminio, materiale abbastanza tenero, solitamente si fa una sabbiatura delicata, a bassa pressione di lavoro, con elementi ceramici, particelle di allumina o di silice o altre particelle abrasive particolari, che permettono di levigare la superficie in modo significativo. Si ottengono riduzioni di rugosità superficiale anche dell’85%. Per materiali che hanno durezza superficiale superiore, si può pensare di aumentare l’abrasività delle particelle o aumentare la pressione. Questi trattamenti superficiali richiedono qualche accorgimento progettuale: nel caso di SLM (Selective Laser Melting) si deve lasciare un sovrametallo di circa 0.5-1 mm mentre nel caso EBM (Electron Beam Melting) si arriva anche a 2 mm. Eventuali trattamenti di pallinatura innalzano la durata a fatica del componente. Inoltre un componente “as built” tende ad avere dei valori di snervamento molto alti a scapito dell’allungamento a rottura, a cui si può porre rimedio mediante opportuni trattamenti termici, che variano in funzione di come e quanto si desidera variare la microstruttura interna del metallo.
Rivestimenti PVD-CVD-DLC Per ottenere superfici dalle basse rugosità ed evitare conseguenti problemi di attriti, nel caso di componenti a diretto contatto tra loro, e fenomeni di incollamento, nel caso di parti stampanti, e per ottimizzare le superfici si possono applicare anche rivestimenti PVD-CVD-DLC. Questi coatings a film sottile consentono di ottenere notevoli benefici sulle superfici. Il DLC è un rivestimento che sfrutta due proprietà chimiche del carbonio: la durezza tipica del diamante (da cui il nome Diamond Like Carbon) e la facilità di scorrimento della grafite. Con questa tecnica si possono ottenere ricoperture più resistenti all’usura o con proprietà tribologiche diverse (la tribologia è la scienza che studia l’attrito, la lubrificazione e l’usura di superfici a contatto e in moto relativo). Il DLC viene depositato per mezzo della tecnologia PACVD che garantisce l’ottima adesione al substrato e consente di gestire la modulazione dei legami delle strutture SP3, diamante, e SP2, grafite, che sono due diversi legami naturali del carbonio con proprietà quasi opposte. La PACVD è la tecnologia più innovativa per la generazione del rivestimento tramite plasma. Combina le migliori proprietà del PVD (Physical Vapor Deposition) e del CVD (Chemical Vapor Deposition) e consente di eseguire processi di deposizione a temperature molto più basse al fine di non alterare le caratteristiche del substrato. M &A | GENNAIO/FEBBRAIO 2022
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SOLUZIONI DALLE AZIENDE ALFATESTLAB
QUANTI CICLI DI STAMPA ADDITIVA PER UN LOTTO DI POLVERE METALLICA?
Figura 2. Distribuzione granulometrica in volume delle particelle del campione di polvere metallica non processato (rosso), dopo 18 cicli (verde) e dopo 24 cicli di stampa additiva (blu)
morfologici forniti dal Morphologi 4: Circolarità, Elongazione e Convessità. Al variare dei valori assunti da questi parametri cambia la morfologia delle particelle: Circolarità ed Elongazione permettono di distinguere particelle con forma sferica da particelle più allungate. I valori variano da 0 a 1 per entrambi i parametri, particelle aghiformi hanno elongazione pari a 1 e circolarità pari Figura 1. Classificazione morfologica delle particelle del campione di polvere metallica non processato (rosso), dopo 18 cicli (verde) e dopo 24 cicli di a 0, mentre particelle sferiche hanno elongazione pari a 0 e stampa additiva (blu) circolarità pari a 1. La convessità, infine, è associata al contorno Le caratteristiche delle polveri metalliche utilizzate per la della particella ed è definita come il rapporto tra il perimetro di un produzione additiva determinano le proprietà e la qualità elastico immaginario che circonda la particella e il perimetro della del componente finale. La qualità della polvere è fortemente particella stessa (i valori variano da 0 a 1). Particelle lisce avranno influenzata dalla sua sfericità, dalla presenza di satelliti (piccole convessità vicina a 1, mentre particelle di forma irregolare, come particelle attaccate sulla superficie di particelle più grandi) agglomerati, particelle con la superficie rugosa o con presenza di e dalla distribuzione granulometrica. Particelle sferiche, con satelliti avranno valori di convessità inferiori. A destra del grafico una superficie liscia, hanno un impacchettamento migliore e in figura 1 sono riportate immagini rappresentative delle particelle permettono di ottenere strati più densi e omogenei rispetto a contenute in ciascuna classe. Dalla classificazione risulta evidente polveri di forma irregolare. La caratterizzazione della morfologia l’aumento (% in numero) di particelle meno sferiche, con più della polvere risulta pertanto fondamentale sia per il controllo satelliti e/o aggregate all’aumentare del numero di cicli di utilizzo della materia prima che per il riutilizzo in ulteriori cicli delle polveri rispetto al campione iniziale. Il cambiamento morfologico, come non fuse. Il controllo morfologico delle polveri metalliche permette atteso, è accompagnato da un aumento della granulometria per i quindi di migliorare l’efficienza del processo di produzione additiva campioni con più satelliti e aggregati, come evidenziato in Figura e di ottenere componenti finali di 2 dall’analisi granulometrica con diffrazione qualità superiore. In Alfatestlab* lasere in figura 3 dalle immagini SEM. utilizziamo il Morphologi 4 ovvero Alfatestlab, una piattaforma un analizzatore automatizzato tecnologica al servizio del settore d’immagine per caratterizzare la Additive manufacturing morfologia delle polveri metalliche. Alfatestlab offre un servizio di analisi delle Un nostro cliente ci ha chiesto di polveri metalliche dedicato alle tecnologie analizzare una polvere metallica additive, grazie ad una piattaforma prima dell’utilizzo e dopo diversi tecnologica di ultima generazione in grado cicli di stampa additiva per valutare di caratterizzare la granulometria, la forma, come il processo modifichi la la scorrevolezza, la densità delle polveri morfologia e la granulometria delle metalliche, oltre a fornire immagini di particelle. In Figura 1 viene riportata microscopia elettronica e analisi chimica In Figura 3 sono mostrate le immagini ottenute con la classificazione morfologica delle EDX. microscopio elettronico a scansione di alcune particelle contenute nei tre campioni (non processato, processato particelle. Per la classificazione *info@alfatestlab.com; dopo 18 cicli e processato dopo 24 cicli) che confermano i cambiamenti di forma riscontrati nell’analisi morfologica. sono stati utilizzati tre parametri tel. 02.61294602 76
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ELMEC 3D
ELMEC 3D: FORMAZIONE ATTRAVERSO LE PIÙ RECENTI TECNOLOGIE La stampa 3D a metallo, quella con resine ignifughe oppure quella con polimeri di elevata resistenza meccanica, stanno ridefinendo l’intero processo produttivo delle aziende. Capaci di garantire una grande libertà progettuale e, al tempo stesso, una riduzione dei costi di produzione fino al 97%, queste tecnologie innovative stanno costituendo un enorme vantaggio per tutte quelle PMI che oggi stanno lottando per la rilocalizzazione, ossia per riportare la produzione in Italia ed abbattere così i costi della logistica. In questo contesto, Elmec 3D - Business Unit di Elmec Informatica dedicata alla manifattura additiva - ha sviluppato un modello di formazione e consulenza per le PMI con lo scopo di supportarle nella scelta dei materiali e delle stampanti più adeguate, trasmettendo loro le competenze per un utilizzo competente ed efficace. Il cuore dell’attività di Elmec 3D è il suo laboratorio di circa 500 metri quadri a Brunello (VA) in cui è possibile testare diversi materiali e tecniche di stampa. Tra le tecnologie più innovative presenti nel lab, HP JET FUSION 5200 è la soluzione più produttiva nella stampa 3D a polimero grazie alla tecnologia Multi Jet Fusion basata su polveri polimeriche solidificate tramite l’uso di lampade a infrarossi, di un agente di fusione e di un agente di dettaglio. Questa stampante consente la realizzazione di prototipi e parti funzionali in piccole e medie serie. Le materie prime sono altamente riusabili e i tempi di produzione sono fino a 10 volte più veloci rispetto alle altre tecnologie comparabili. Alcuni componenti polimerici necessitano poi di un processo di lucidatura e levigatura chimica delle componenti stampate che garantisca superfici lisce a contatto con la pelle e prive di porosità, così di facilitarne la disinfezione. Elmec 3D ha stretto una partnership con AMT PostPro3D, che ha sviluppato un processo fisicochimico che può levigare un’ampia varietà di polimeri termoplastici, riducendo drasticamente le rugosità superficiali (fino ad un livello paragonabile allo stampaggio a iniezione), oltre a migliorare le proprietà tecniche come la rottura a impatto. Le aziende dei settori medicale, elettronico e industriale che richiedono componenti V0, ovvero creati con un polimero in grado di
garantire un ritardo di fiamma, troveranno un’ottima soluzione nelle stampanti Figure4 di 3D Systems. Si tratta di stampanti 3D a resina che attraverso la tecnologia di fotopolimerizzazione, grazie a degli impulsi luminosi, solidificano il materiale di base costituito da una resina liquida. Hanno un “time per part” da record e garantiscono una bassa rugosità superficiale e un’ottima precisione nei dettagli. I settori del power machinery, l’automazione industriale, il medicale, l’oil&gas, l’industria elettrica, ma anche i produttori di accessori per la moda guardano invece con particolare interesse alla stampa 3D a metallo binder jetting, che sta rivoluzionando la produzione additiva a metallo, rendendola molto più accessibile e produttiva. Per questo Elmec 3D ha aggiunto al proprio laboratorio due stampanti della statunitense Desktop Metal. Il modello SHOP lavora appunto con la tecnologia Binder Jetting, basata sulla fusione delle polveri di metallo e consente un’alta produttività per realizzare piccole e medie produzioni. Il modello STUDIO è invece basato sulla tecnologia Bound Metal Deposition, ovvero sulla deposizione di materiale estruso, composto dall’unione di polvere di metallo e leganti polimerici, che vengono poi eliminati all’interno della fornace, per dare vita ad una parte interamente metallica. Tra i metalli a disposizione per la stampa troviamo diversi tipi di acciai come il 17-40ph, il 316L o legati come il cromo cobalto. Ulteriori materiali sono disponibili per la soluzione Studio, come ad esempio titanio e rame.
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NORBLAST
QUALITÀ, FLESSIBILITÀ, PROGETTAZIONE PERSONALIZZATA TRA I CARATTERI DISTINTIVI DEL GRUPPO NORBLAST, DA OLTRE 40 ANNI INTERLOCUTORE ACCREDITATO A LIVELLO INTERNAZIONALE ANCHE NELLA 3D PRINTING LINE Il Gruppo Norblast nasce a Bologna nel 1977 dall’esperienza nel mondo della meccanica del Cavalier Remo Norelli. Le sperimentazioni e le collaborazioni con centri di ricerca e università, unite alla capacità di trovare soluzioni innovative alle problematiche evidenziate dal cliente, portano in breve l’azienda a diventare un punto di riferimento in Italia e all’estero nella costruzione di macchinari anche personalizzati e nei processi di sabbiatura e pallinatura controllata. Negli anni ’90 nascono Peen Service e la consociata spagnola Ipar Blast, divisioni specializzate nel processo di pallinatura controllata e applicazione di nuove tecnologie. Norblast realizza soluzioni nei più svariati settori: additive manufacturing, aeronautica e aerospaziale, automotive, biomedicale, energia, fonderia, inox, leghe, meccanica, stampi, utensili. Grazie alla progettazione e costruzione di sabbiatrici e pallinatrici di ultima generazione, infatti, il Gruppo Norblast si conferma un interlocutore accreditato
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per supportare le aziende nel processo di ammodernamento e informatizzazione secondo i parametri di Industry 4.0 prima e di Transizione 4.0 oggi, puntando a fornire non solo macchinari, ma soluzioni per una meccanica capace di cogliere le opportunità offerte dalla quarta rivoluzione industriale in atto. La visione imprenditoriale di Norblast assicura già da tempo macchine sabbiatrici e pallinatrici progettate secondo le più moderne concezioni tecnologiche e predisposte per la completa automatizzazione dei processi, testimoniando un Made in Italy ad alto potenziale e adottando i sistemi di lavorazione più avanzati, orientati a risparmio energetico, riduzione delle emissioni, miglioramento gestionale, massima efficienza e al benessere degli utilizzatori. Caratteri distintivi come qualità, flessibilità, progettazione personalizzata, oltre al supporto tecnico e l’ottimizzazione dei prodotti e delle loro prestazioni, fanno di Norblast un interlocutore accreditato a livello
internazionale. Grazie alla consolidata esperienza nell’ingegneria delle superfici, unita alla capacità di comprendere le esigenze concrete delle realtà produttive e alla continua innovazione nel settore dei trattamenti superficiali, Norblast può affrontare rapidamente e con efficacia le innumerevoli sfide dell’Additive Manufacturing, per trattamenti dedicati ai componenti realizzati attraverso la moderna stampa 3D, ad oggi la tecnologia più dirompente nel panorama delle realtà manifatturiere e in grado di stravolgere i tradizionali paradigmi produttivi. Con l’esperienza maturata, un know-how in continuo aggiornamento e il laboratorio ricerca e sviluppo interno, le soluzioni di finitura superficiale Norblast, progettate sulla base dei materiali in gioco, delle caratteristiche del componente da realizzare e delle esigenze tipiche della tecnologia additiva utilizzata, donano agli elementi trattati effetti estetici particolarmente gradevoli e profili di rugosità idonei al miglior funzionamento.
SINTHESI ENGINEERING
DESIGN, INGEGNERIZZAZIONE E PROTOTIPAZIONE RAPIDA 3D Sinthesi Engineering nasce alle porte di Milano 30 anni fa come studio di progettazione grazie ad un grande sogno del sig. Covini tutt’ora proprietario e figura fondamentale della società. Con gli anni, la sua esperienza e le esigenze dei clienti hanno portato questa realtà ad introdurre al suo interno diverse tecnologie che potessero permettere ai vari clienti di avere un servizio più completo, diciamo quasi a 360°, permettendo quindi, come dice il motto aziendale, di veder realizzate le proprie idee. Sinthesi Engineering offre servizi di design, engineering, rapid prototyping e additive manufacturing. Ingegneri e persone specializzate, diverse tecnologie distribuite su 11 macchine di proprietà ed un laboratorio sono gli ingredienti fondamentali che danno vita a questa realtà e permettono al cliente di veder crescere e toccare con mano le proprie idee, i propri sogni. SLA, FDM, MJF e DLP sono le tecnologie che Sinthesi Engineering offre e grazie ad un laboratorio dedicato ogni singola lavorazione viene curata nei minimi dettagli e personalizzata secondo le esigenze del cliente sia per ciò che riguarda la parte prototipale che per piccole produzioni. ABS, ASA, ULTEM, PA caricato CARBONIO, PA, PA caricato VETRO, gomme e siliconi sono i principali materiali che Sinthesi Engineering giornalmente lavora mentre verniciature, cromature, lucidature e galvanizzazione sono le principali finiture che sempre più vengono realizzate al suo interno per seguire quello che al giorno d’oggi è un fiore all’occhiello di questa realtà: qualità e precisione per rispecchiare la personalizzazione dei vari clienti.
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WEERG
NUOVI MATERIALI IN ESCLUSIVA PER IL 3D PRINTING Weerg - il service di produzione che offre online lavorazioni CNC e stampa 3D in Italia e all’estero - conferma la propria vocazione all’innovazione con la costante introduzione di nuovi materiali testati e sperimentati dal reparto Ricerca e Sviluppo interno. Tra le novità più recenti, dedicate all’additive manufacturing con tecnologia FDM, il PEEK, polimero termoplastico organico dalle eccezionali proprietà meccaniche. Un plus che assicura prestazioni simili a quelle dell’alluminio, rendendolo perfetto per il metal replacement. “Nell’ultimo anno il settore del 3D printing è cresciuto esponenzialmente, manifestando l’esigenza di materiali sempre più performanti”, spiega Matteo Rigamonti, fondatore di Weerg. “Per questo investiamo importanti risorse nella messa a punto di materiali con caratteristiche peculiari da utilizzare per specifiche applicazioni industriali, ampliando costantemente la nostra offerta”. Oltre al PEEK, infatti, Weerg ha di recente introdotto in gamma per il metal replacement con tecnologia FDM anche Extreme™ Fibra di Carbonio+PA12, che si aggiunge al Nylon PA12 rinforzato vetro al 40%, all’ABS for FOOD e all’ABS medical, dedicati invece alla stampa con tecnologia HP MJF. Appartenente alla famiglia dei polieterchetoni, il PEEK è spesso denominato con l’appellativo di “re dei polimeri”, grazie alla sue performance uniche. È infatti contraddistinto da estrema leggerezza pur assicurando una resistenza alla trazione (UTS) fino a 89 Mpa. L’alta resistenza meccanica e la bassa densità lo rendono un candidato formidabile per sostituire le principali leghe metalliche non ferrose. Inoltre, il PEEK impiegato da Weerg è ignifugo (testato in classe UL94 V0) e resistente a sostanze come olii, grassi, idrocarburi, garantendo ottime prestazioni a livello termico. Sopporta infatti un uso continuativo a temperature fino a 145°C che raggiungono i 250°C, se 80
M &A | GENNAIO/FEBBRAIO 2022
trattato termicamente. Tra i plus anche la massima resistenza alle vibrazioni, anche intense, e il bassissimo assorbimento dell’umidità che ne ampliano ulteriormente i campi di impiego. Il PEEK testato e utilizzato da Weerg è allo stato amorfo, dal caratteristico colore ambrato, per assicurare maggiore duttilità e resistenza agli impatti. Le lavorazioni in PEEK prodotte da Weerg si prestano quindi all’utilizzo anche in condizioni gravose e in ambienti difficili come l’aerospazio, dove può essere impiegato per la fabbricazione di componenti strutturali, cover e isolamenti, oppure nel settore medicale, in quanto considerato biomateriale avanzato per la realizzazione di impianti e protesi. Grazie alla versatilità della fabbricazione additiva, su weerg.com è possibile ordinare stampe 3D dalle geometrie complesse con preventivo istantaneo e consegna anche in soli 3 giorni, sia in Italia sia all’estero. Già leader per l’unicità del suo servizio sul territorio
nazionale, Weerg punta infatti ad affermarsi ulteriormente nei principali mercati europei. Proprio per questo ha recentemente dato vita a nuovi siti in lingua e customer service dedicati agli utenti di Germania, Francia e Spagna, garantendo un’esperienza d’acquisto sempre più globalizzata. La proposta di Weerg, basata sull’e-commerce puro, si distingue infatti nel panorama internazionale per validità e completezza: qualità 100% made in Italy, preventivo istantaneo, prezzi competitivi e data di consegna certa. Il tutto garantito dall’eccellenza di un parco macchine di ultima generazione dotato delle migliori tecnologie. Il reparto 3D printing vanta infatti la più grande installazione europea di industrial printer HP Multi Jet Fusion 5210 di cui conta 12 unità, che si affiancano ad altrettante stampanti Stereolitografiche (MSLA +4KSPER) Lherr 4000 per le resine e 6 sistemi per l’additive manufacturing con tecnologia FDM.