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APPLICAZIONI DI STAMPA 3D IN METALLO CON PROCESSO “METAL FFF”

Come la manifattura additiva aggiunge valore concreto alla produzione, finalmente in modo semplice ed economico.

LA MANIFATTURA IN METALLO. REINVENTATA.

Gli innovativi processi di stampa 3D in metallo, come il processo “Metal FFF” (Fabbricazione di Filamenti Fusi di Metallo) si stanno affermando come soluzione alternativa, rapida ed accessibile, per le esigenze di pezzi funzionali in metallo di aziende dei vari settori e di tutte le dimensioni. Come quella “a filo” in materiali compositi, anche l’analoga tecnologia in materiali metallici offre molti vantaggi di semplicità ed economicità d’uso rispetto non solo ai metodi produttivi convenzionali ma anche alle altre metodologie di stampa 3D di vecchia generazione.

Questo documento intende introdurre ai vantaggi generati dell’additive manufacturing in metallo e della sua implementazione nella linea di produzione presentando alcune concrete applicazioni; ecco come, al di là delle mode e delle promesse mirabolanti che provengono da alcuni, l’approccio innovativo di Markforged alla stampa 3D in metallo permetta di aggiungere in modo esclusivo valore nell’attuale scenario competitivo industriale.

VANTAGGI DELLA STAMPA 3D.

La Stampa 3D a partire da materiale di costruzione in filamenti, sia di compositi plastici che di metalli, è accomunata da una serie di benefici rispetto ai metodi produttivi tradizionali ma anche rispetto alla metodi additivi con sistema laser/polveri.

>  Complessità geometrica senza costi aggiuntivi

La manifattura additiva è assolutamente superiore nella capacità realizzativa di forme intricate rispetto ai metodi classici di fresatura o di stampo ad iniezione. Grazie alla intriseca caratteristica di costruire aggiungendo uno strado sull’altro ed ai software di gestione impliciti alle macchine, le stampanti 3D costruiscono facilmente qualsiasi pezzo altrimenti difficile o impossibile da realizzare. Con le macchine CNC e con gli stampi i tempi e costi di produzione aumentano in modo esponenziale rispetto alla complessità e variabilità delle commesse, perché costosi da programmare, utilizzare e modificare; la stampa 3D “a filo” sia in composito che in metallo risolve la difficoltà facendo anche risparmiare tempi e costi di produzione.

>  Gestione di materiali di difficile lavorazione

Stampare in 3D in metallo è molto più semplice ed economico rispetto alla alla lavorazione convenzionale da un blocco di materiale grezzo:

  • Acciai utensile. Gli acciai ad elevata durezza sono tradizionalmente difficili da lavorare mentre con la stampa in 3D si abbattono i problemi; il processo Metal FFF è quindi ideale per ottenere pezzi che di solito richiedono passaggi di finitura successivi.
  • Inconel e Rame. Entrambi i materiali sono estremamente difficili da lavorare: l’Inconel richiede normalmente attrezzature speciali costose, il rame ha un altissimo prezzo di approvvigionamento. La stampa Metal FFF permette di produrre parti in questi materiali in modo rapido ed economico.

>  Ottimizzazione della parte

La stampa 3D in Metal FFF consente soluzioni impossibili con i processi convenzionali, quindi apre a miglioramenti di prestazione o di funzionalità.

  • Fori e passaggi conformati. Le parti prodotte con tecniche convenzionali sono vincolate alle possibilità operative degli utensili disponibili sul mercato; la stampa 3D con Metal FFF supera questo limite realizzando praticamente qualsiasi forma immaginabile: cavità e fori i più eclettici così da miglioare le proprietà meccaniche della parte, il peso o resa termica, il raffreddamento o l’efficienza di fluidi di passaggio; inoltre fori lunghi e sottili, laddove utensili proporzionati potrebbero fallire.
  • Riempimenti alveolari in cella chiusa. La stampa 3D con Metal FFF consente la predisposizione di svuotamenti a “nido d’ape”, per ottenere un rapporto maggiore di resistenza/peso delle parti completamente dense; senza complessità o costi di produzione aggiuntivi.

>  Altissima personalizzazione

Le stampa 3D in metallo con processo FFF consente agli utenti di modificare in modo dinamico i progetti per risolvere problemi specifici. Altrimenti, con la produzione convenzionale, si è spesso costretti a scegliere tra soluzioni di compromesso tra bassi costi realizzativi e dimensioni standard.

>  Disponibilità immediata di parti funzionali

La stampa 3D in metallo con FFF abbatte i filtri tra progettazione e produzione:

  • Non serve progettazione CAM, l’utente può passare direttamente dal disegno CAD alla stampa con pochi click.
  • Le stampanti possono lavorare in economia e in quasi tutti gli ambienti senza dover acquisire macchine tradizionali impegnative o esternalizzare le commesse.

LE OPPORTUNITA’ INEDITE DELLA STAMPA 3D “METAL FFF”.

L’innovativo sistema di stampa 3D cosiddetto “Metal FFF” (o “Bound Powder Extrusion” è stato lanciato per primo da Markforged con il brevetto di tecnologia ADAM (Atomic Diffusion Additive manufacturing); si distingue dagli altri precedenti per l’uso di un materiali di costruzione originariamente non in forma di polvere (da sinterizzare tramite laser) ma di filamento in bobina che viene estruso; così, invece che un’unica macchina complessa, il processo si compone di tre semplici macchine in linea (stampante / lavatrice / forno) molto più semplici ed economiche da usare. Invece che per fusione diretta, l’oggetto viene così ottenuto con metodo indiretto in tre fase ovvero attraverso prima la stampa di una parte transitoria (“green part“) che viene poi raffinata chimicamente ed infine sinterizzata termicamente, fino ad ottenere il pezzo finale desiderato. Così la manifattura additiva industriale è diventata finalmente più accessibile per un’ampia varietà di applicazioni, altrimenti insostenibili.

“METAL FFF” VERSUS “LASER/POLVERI”.

Ecco uno schema di sintesi dei principali vantaggi della nuova soluzione rispetto alla classica:

Benefici tecnici ed economici:

  • Costi di proprietà e gestione molto più bassi;
  • Semplicità d’uso generale (no competenze specifiche o operatori dedicati);
  • Estrema facilità nella rimozione dei supporti di costruzione (non saldati al pezzo e al piano di lavoro).
  • Affidabilità (successo al primo tentativo di stampa);
  • No criticità nella gestione delle polveri (volatilità, sicurezza);
  • Ampia potenzialità di sviluppo dei materiali, alcuni dei quali impossibili in altre tecnologie.
  • Possibilità di stampa dei pezzi con riempimento alveolare in cella chiusa, per eventuale alleggerimento.

Maturità della tecnologia: referenziata (diffusamente installata in tutto il mondo, già applicata con successo in vari settori e tuttora in corso di sviluppo; evoluzione continua di materiali ed altre ottimizzazioni disponibili).

Fascia di prezzo: accessibile (140/230 mila euro “chiavi in mano”, cui applicare detrazione di imposta -50% prevista per investimenti Fabbrica 4.0)

Impianti accessori necessari: banali (normale ventilazione, solo per lavatrice e forno).

APPLICAZIONI DI STAMPA 3D “METAL FFF”

Le soluzioni di manifattura additiva non sono solo in uso in grosse realtà a supporto di astratti progetti di ricerca e sviluppo ma ormai soprattutto in aziende e settori di tutti i tipi, aggiungendo valore nella produzione di pezzi industriali da uso intermedio o da uso finale. Pur essendo solo una panoramica indicativa, i seguenti esempi di applicazioni FFF in metallo possono aiutare a comprendere come la stampa 3D possa essere concretamente integrata nei propri processi industriali.

> MODELLI CONCETTUALI E VALIDAZIONE FUNZIONALE

Le stampanti 3D per il metallo sono ideali per le attività di ricerca e sviluppo per la verifica rapida ed economica di funzionalità dei progetti, perché soluzione più efficiente rispetto alla fabbricazione interna con metodi convenzionali o all’esternalizzazione delle commesse. I prototipi sono naturalmente l’applicazione più comune ma quelli metallici, quando si tratta di testare resistenze più importanti o le specifiche proprietà del materiali, possono avere criticità di approvvigionamento: con un sistema Metal FFF invece sono facili ed accessibili da ottenere; inoltre possono essere abbinate alle parti composite.

  • Parti personalizzate: Parti spesso problematiche, come giranti e ugelli personalizzati, con la stampa 3D metallo possono essere facilmente prototipate in pezzo unico o prodotte in piccola tiratura; la complessità geometrica e il ROI giustificano l’investimento.
  • Microfusioni: La pressofusione è un modo conveniente per realizzare parti complesse ad alto volume, molto meno quando si tratta di prototipare pochi pezzi; il Metal FFF consente di stampare attrezzature di buona qualità senza l’impiego di processi ad iniezione. – Internalizzazione di parti commissionate da CNC esterni: La stampa 3D in metallo interna fornisce un metodo meno costoso e più veloce per ottenere parti sensibili rispetto all’acquisto da produttori CNC terzi. Avere in casa una soluzione produttiva del genere permette peraltro di ampliare la tipologia e quantità di fabbricazione sostenibile… – Prese ad alta usura o rotazione (pinze, montanti, culle, ecc.): Le attrezzature in uso sulla linea di produzione – come prese da fine braccio robotico, adattatori, posaggi… – sono spesso esposti ad alta rotazione per usura oppure gestione di molti codici. La stampa 3D in metallo offre un modo semplice per realizzare strumenti personalizzati con leghe temprate, accii utensile ed altri metalli resistenti all’usura.

>FORMATURA, TAGLIO, INCOLLAGGIO

La stampa 3D in plastiche anche composite può sostituire la manifattura tradizionale fino ad un certo punto, mentre il processo Metal FFF fornisce materiali di durezza e resistenza adeguata a realizzare utensili di formatura e taglioanaloghi anche con geometrie complesse ed altamente personalizzate. La stampa 3D in metallo è una interessante soluzione.

  • Punzoni e timbri: La stampa 3D in metallo può realizzare facilmente punzoni personalizzati in acciaio utensile, all’occorrenza anche destinati a post-lavorazioni di tempratura per ottenere maggiore resistenza e precisione. Quanto più gli strumenti sono complessi o in piccoli lotti tanto più risulta vantaggiosa la soluzione Metal FFF.
  • Strumenti di taglio: In stampa 3D metallo è adatta anche a specifiche tool di taglio. Questi strumenti possono includere canali interni conformati per il passaggio di fluidi da raffreddamento o geometrie complesse per altre esigenze, altrimenti non ottenibili. Le punte in metallo duro possono essere stampate in 3D per adattarsi a corpi utensili; altri esempi sono frese CNC personalizzate o attrezzature da taglio diverse da quelle standard.
  • Codoli di saldatura e bobine di induzione: Questa particolare applicazione riguarda il Rame, per la sua elevata capacità conduttiva termica ed elettrica: sia i gambi di saldatura che le bobine di induzione ad elevata performance possono richiedere geometrie non convenzionali (canali conformati, punti di saldatura personalizzati, riscaldamenti uniformi e localizzati) ed avere costi davvero molto alti di realizzazione. La stampa 3D in metallo con processo FFF offre un materiale di alta qualità (purezza 99.8%) ed un metodo economico di produzione.

>  CUSTOMIZZAZIONI IN PICCOLE TIRATURE

La stampa 3D è per sua natura ideale per produzione in lotti limitati, così il processo Metal FFF diventa la soluzione per realizzazioni di prodotti personalizzati in metallo aggiungendo valore e sostenibilità all’industrializzazione.

  • Dissipatori di calore: Il rame è estremamente difficile e costoso da lavorare, quindi le sbarre termiche e i dissipatori di calore , tipicamente realizzati in geometrie complesse, sono estremamente impegnativi. La stampa 3D è una risorsa fondamentale per affrontare queste sfide di mercato.
  • Pezzi in Inconel: Come per il rame, anche l’Inconel è un materiale la cui lavorazione è molto costosa. Anche in questo caso la stampa 3D è una soluzione competitiva ed economica per la realizzazione di pochi pezzi.
  • Produzioni ad alta variabilità: La stampa 3D in metallo vince anche quando si tratta di realizzare commesse di molti pezzi in totale ma di grande variabilità di misura o caratterizzazione interna. Disporre di una piattaforma unica adatta a svariate lavorazioni diventa un elemento di vantaggio competitivo per il business.

>  ATTREZZATURE DI MANTENIMENTO

Anche la strumentazione di manutenzione – se complessa, con esigenze di resistenza e in piccola tiratura – è terreno di applicazione in stampa 3D metallo.

  • Strumenti manuali ed inserti: Attrezzi ibridi (con corpi in composito plastico e superfici di usura in metallo) rendono strumenti durevoli, funzionali e interscambiabili per un’ampia varietà di applicazioni.

>  PARTI DI RICAMBIO

Infine la stampa 3D in metallo rappresenta un modo adeguato per ottenere ricambi difficili o impossibili da reperire.

  • Sostituzione di parti da stampo ad iniezione: Dove la fusione di pezzi di ricambio speciali non è sostenibile a causa degli elevati costi di attrezzaggio, la stampa 3D in metallo offre un’alternativa efficiente. Le applicazioni sono particolarmente sensate in ambito automobilistico (restauro auto d’epoca, racing) ma valgono più in generale nell’industria meccanica o in altri settori con esigenze simili.

ECCO LA TUA STAMPANTE 3D METAL FFF

“Metal X” di Markforged è il sistema di manifattura additiva in metallo più sicuro ed economico disponibile sul mercato, molto più accessibile dei sistemi alternativi (laser/polveri) e molto più veloce e conveniente rispetto ai processi di fabbricazione tradizionali (fresatura dal pieno o stampaggio ad iniezione). Permette di aggiungere valore ai processi ed ai prodotti, elimina i problemi di sicurezza e competenza d’uso, abbatte le criticità nella rimozione dei supporti, abilita nuove funzionalità (come

p.e. il riempimento “a nido d’ape”) per ridurre il peso delle parti o per ottimizzarne il design; è un sistema integrato e connesso, con rilevamento degli errori da remoto e possibilità di fruizione collaborativa, lo strumento acquisire e consolidare vantaggi competitivi, accedere ai benefici del

flusso di lavoro digitale e agli altri incentivi previsti dalla Transizione 4.0.

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CAMPIONI DI STAMPA 3D “METAL FFF”.

Ecco alcuni esempi di pezzi realizzati in metallo, classificati per categoria e lega utilizzata.

La STAMPA 3D è una soluzione tecnica ed economica per un’ampia gamma di esigenze ed opportunità. La tecnologia con processo “Metal FFF” offre finalmente un modo semplice, accessibile e sostenibile per affrontare le criticità competitive; ciò sia rispetto ai metodi realizzaztivi convenzionali (fresatura, inizione) sia rispetto ai sistemi laser/polvere di vecchia generazione.

MARKFORGED è leader nelle soluzioni hardware, software e materiali di stampa 3D che ha avuto un impatto dirompente a livello globale, sia nei brevetti per i plastici compositi sia per il metallo; “Metal X” è il sistema di manifattura additiva del metallo più efficace, semplice, economico (da 5 a 10 volte meno dei sistemi di “sinterizzazione” tipo SLM, DMP ecc.), ed affidabile oggi disponibile sul mercato: stampa un’ampia gamma di materiali, dagli acciai al rame passando per leghe tecniche, con costi di gestione e competenze operative minime insieme ad una funzionalità interconnessa ed evoluta. Questo è il momento di sfruttare i benefici del flusso di lavoro digitale di Fabbrica 4.0, aggiungendo valore alla tua offerta e cogliendo nuovi vantaggi competitivi.

CMF MARELLI è un partner refernziato, distributore dei prodotti Markforged per l’Italia; chiedi gratuitamente e senza impegno tutto il supporto utile all’indagine sulla soluzione più adatta alle tue esigenze e le migliori proposte commerciali possibili.