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LA STAMPA 3D IN CARBONIO A FIBRA LUNGA

Come i materiali compositi rinforzati a deposizione continua
abilita
no nuove applicazioni di manifattura additiva industriale.

PRODUZIONE”READY TO GO”

Il rinforzo con fibre a deposizione continua (CFF) è una tecnologia di manifattura additiva brevettata da Markforged che sta sviluppando l’uso della stampa 3D nellindustria. Facciamo qui una panoramica di come questa nuova soluzione stia trasformando le attività produttive, sia in confronto ai processi convenzionali (CNC, stampi ad iniezione) sia alle tecnologie di stampa 3D normali; offrendo leve inedite di efficienza e di valore aggiunto nell’attuale scenario competitivo.

I VANTAGGI DELLA STAMPA3D E DEL RINFORZO CON FIBRE CONTINUE

Nelle tecnologie tradizionali, per esempio in fresatura, all’aumentare della complessità geometrica il costo pezzo aumenta in modo esponenziale: lavorazioni ad assi multipli su macchine molto impegnative, gestione della
programmazione CAM, riprese successive…

Nella stampa 3D invece lo stesso software di interfaccia macchina a
generare automaticamente i percorsi di movimento e le altre attività operative, permettendo così importanti risparmi di tempo e di costo quando si tratta di realizzare pezzi difficili e di piccole tirature.

Solo la tecnologia “CFF” di Markforged è in grado fornire alle parti di manifattura additiva in plastica una inedita raffinatezza, una elevata versatilità realizzativa (varietà di materiali e di strategie di costruzione) e soprattutto una esclusiva resistenza delle parti comparabile a quella del metallo. Rispetto a quelli ottenuti da una normale altra stampa 3D in estrusione, i pezzi rinforzati con fibra lunga sono più precisi ed hanno molta maggiore maggiore robustezza, durata, tenacia, stabilità, rigidità, resistenza all’usura ed alla temperatura; quindi sono adatti non solo a prototipi di verifica estetica o funzionalità elementare ma anche a componenti ed attrezzature da uso intermedio per lavoro lungo la linea di produzione o da uso finale per montaggio o per prodotto.

Così è finalmente possibile ottenere in modo facile ed economico parti industriali come:

  • Pezzi unici e piccoli lotti;
  • Geometrie complesse e personalizzate;
  • Parti davvero funzionali ad elevata prestazione;
  • Vantaggi competitivi;
  • Componenti da produzione in proprio (no commesse all’esterno):
  • Componenti da produzione in proprio (no distrazione macchine CNC);
  • Risparmio dei costi e dei rischi del lavoro con manodopera;
  • Realizzazioni ad alto valore aggiunto.

DIFFERENZE TRA STAMPA 3D CON “CFF” E”FFF”
Il Continous Fiber Filament (CFF) è un processo di
manifattura additiva che consente di rinforzare pezzi
ottenuti in estrusione (FFF) con l’aggiunta “fibre lunghe”;
le macchine abilitate a questa tecnologia gestiscono
dunque un doppio materiale: il primo per la costruzione
della matrice plastica di base, il secondo per la
deposizione selettiva (in una scelta di strategie) di
filamenti continui integrati. Così gli oggetti risultano
decine di volte più resistenti di qualsiasi altro materiale di
stampa 3D “a filo”, permettendo la sostituzione di
analoghi in alluminio (metal replacement) per applicazioni
di produzione da uso intermedio (posaggi, attrezzature,
dime) o da uso finale (componenti, ricambi).

IL DRIVER DELLA RESISTENZA MECCANICA

Grazie alla propria tecnologia brevettata, le stampanti 3D Markforged sono le uniche in grado di costruire pezzi rinforzati in:

> Nylon (FFF) – E’ un materiale termoplastico non caricato, particolarmente liscio e non abrasivo, verniciabile con facilità.
Ottimo per applicazioni di tenuta ergonomica, per pezzi sensibili a rovinarsi durante la lavorazione.

> Fibra di Carbonio (CFF) – L’esclusivo rinforzo di Markforged per realizzare pezzi ad altissima resistenza: aggiunta ad un
materiale composito di base (per esempio l'”Onyx”), permette di raggiungere performances come l’alluminio 6061-T6. È
estremamente rigido e ed un alto rapporto tra robustezza e peso.

> Fibra di Kevlar® (CFF) – La fibra aramidica è nota per la caratteristica di assorbimento dell’energia cinetica e di
estrema tenacità. Aggiunta a deposizione continua ad un altro materiale composito, produce pezzi particolarmente
resistenti agli impatti ed alla rottura quindi adatti a lavori con carichi ripetitivi.

> Fibra di vetro e fibra di vetro HSHT (CFF) – L’aggiunta di filamenti di vetro conferisce grande rigidità. Interessante
alternativa al carbonio, permette di ottenere parti compositi rinforzati fino a 10 volte più resistenti dell’ABS. La variante
HighTemp è resistente anche alle alte temperature, per applicazioni in ambienti ad elevato calore come stampi,
autoclave o altro.

Fibra di Carbonio “FR” (CFF) – il composito prende il volo! La fibra continua di carbonio FR è una variante ignifuga ingegnerizzata per rinforzare un materiale composito base “Onyx FR” con specifici requisiti per l’industria aerospaziale, dei trasporti e automobilistica. Sono tracciabili a livello di lotto e conformi alla normativa 14CFR25.853 per la stampa in 3D; OnyxFRA e CarbonFiberFR-A stampati con modello “X7” sono in corso di qualificazione con processo NCAMP. Si tratta di materiali estremamente rigidi e resistenti (come l’alluminio 6061-T6) che imitano i layup delle fibre unidirezionali, quindi adatti ad applicazioni difficili come geometrie curve e fori dai contorni rinforzati.

LA RESISTENZA CHIMICA

La resistenza agli agenti chimici è una delle caratteristiche di funzionalità di un pezzo, apprezzata nei diversi settori e diverse fabbriche manifatturiere a seconda delle esigenze.; consiste nella risposta di un
materiale all’esposizione a sostanze chimiche aggressive, che possono essere presenti in un ambiente di produzione.

Sono dei compositi resistenti molto bene all’azione dei diversi agenti chimici, comunque molto di più dei normali termoplastici tipo ABS; le parti rinforzate con fibra a deposizione continua possono diventare molto resistenti anche alle alte temperature di applicazione.

Mentre la fibra lunga (CFF) ha un basso impatto riguardo la resistenza chimica dei pezzi (perché tipicamente depositate all’interno della parte, non esposte a contatto esterno), i polimeri compositi caricati “a fibra corta” (FFF) hanno un alto impatto su questa dimensione. Quindi per la stampa 3D destinata a resistenza chimica si può considerare:

> Onyx (FFF) – E’ un materiale composito di nylon caricato con microfibre corte di carbonio, resistente alla maggior parte dei solventi e dei lubrificanti in uso sulle linee di produzione. Può essere rinforzato con qualsiasi fibra continua CFF.
> Onyx “FR” (FFF) – E’ la variante ignifuga dell’Onyx classico, certificata UL94 V-0 (autoestinguente) per applicazioni non infiammabili e tracciabilità FR-A a livello di lotto ai sensi 14CFR25.853.
> Onyx “ESD” (FFF) – E’ la variante resistente alle scariche elettrostatiche, antiscintilla pure più forte e rigido dell’Onyx classico. Appositamente sviluppato con una qualificata resistenza superficiale per soddisfare i più severi requisiti di sicurezza ESD. Rende peraltro una finitura superficiale superiore, ideale per applicazioni avanzate.

APPLICAZIONI

> STRUMENTI E ATTREZZATURE CONFORMATI – I produttori moderni possono sfruttare la libertà geometrica della stampa 3D e l’elevata funzionalità delle parti rinforzate con il sistema CFF per fabbricare facilmente attrezzi adatti e pezzi complessi lungo il flusso di lavoro. Le attrezzature conformate possono integrare il lavoro delle macchine CNC, per esempio con strumenti per lavorazioni altrimenti non eseguibili; inoltre la possibilità di realizzare pezzi personalizzati abilita alla ricezione di nuove commesse, finalmente sostenibili anche in piccola tiratura o in economia di tempo/costo; infine le attrezzature conformate possono essere ottimizzate e quindi risultare più performanti rispetto a quelle standard, per esempio in leggerezza, rigidità o resistenza.

Esempi:

1) Ganasce: strumenti conformi che tengono un pezzo mentre viene fresato, forato, tagliato o lavorato in altro modo.
2) Armature di fine braccio: Parti di interfaccia o effettori finali, p.e. dita di presa personalizzate su braccio robotico.
3) Formatura: le parti CFF possono essere disegnate e stampate in 3D con geometrie personalizzate per formare lamiere; i pezzi rinforzati con fibre continue hanno la forza, stabilità e durata per lavorare con precisione per migliaia di cicli.
4) Indicatori passa/non passa (dime di controllo): le parti conformate disegnate per adeguarsi ad una parte o un assieme di parti possono essere stampate in 3D per la verifica rapida di conformità alle specifiche dimensionali di commessa.
5) Dispositivi di ispezione: le attrezzature di configurazione e installazione CMM stampate 3D, realizzano economicamente e rapidamente parti complesse per dispositivi personalizzati; usate in tandem con un sistema modulare esistente, l’installazione diventa ripetibile.

> AUSILI ERGONOMICI – Con l’uso estensivo della manifattura additiva rinforzata in CFF le aziende sono in grado di stampare parti altrimenti difficili o impossibili da realizzare, migliorando l’efficienza o la sicurezza del lavoro manuale lungo la catena di montaggio.

Esempi di ausili ergonomici :

1) Dispositivi di montaggio e vassoi. Il montaggio del prodotto è spesso un lavoro ad alta intensità manuale, in cui anche piccoli supporti ergonomici possono portare grandi vantaggi. La stampa 3D con CFF permette di progettare e realizzare facilmente attrezzature conformate che rendono l’attività lavorativa.
2) Parti per celle di produzione. La capacità di fabbricare parti funzionali su richiesta consente ai produttori di ideare, progettare e implementare rapidamente ed economicamente staffe, supporti per sensori, guide o altro, riducendo i tempi e i costi di consegna rispetto agli analoghi ottenuti da processi tradizionali.
3) Ausili per il lavoro. Le parti da manifattura additiva in tecnolopolimeri rinforzati possono semplificare le attività manuali più complesse, rendendo disponibili le parti in pochi giorni invece che in molte settimane.
4) Strumenti per iterazioni. Abbassando la barriera di accesso alla disponibilità di parti funzionali, la tecnologia CFF rende più facile lo sviluppo dei prodotti. I prototipi sono il caso d’uso più comune per le stampanti 3D ma grazie al rinforzo in fibra gli utenti possono avere
pezzi ad alta resistenza e prestazione davvero funzionali, che consentono test e verifiche avanzate per accelerare l’arrivo alla parte finale. Anche le attrezzature provvisorie spesso diventano colli di bottiglia nel processo di evoluzione ma con la fibra a deposizione continua aggiungono valore prima della produzione in larga scala.


“Funzionale” non ha un
significato univoco nella
produzione industriale: settori
diversi e procedure diverse
comportano esigenze diversi;
ecco quindi una sorta di mappa
dei requisiti funzionali soddisfatti
dalla stampa 3D alle applicazioni
più comuni. Il criterio di
classificazione è “fondamentale”
dove è universalmente richiesto
e soddisfatto nella maggioranza
delle parti nel tipo di
applicazione, “raccomandato”
dove la caratteristica è
apprezzata, “plus” dove è
opzionale.

FFF/CFF di Markforged: la tecnologia che fa la differenza

Markforged è la prima azienda ad offrire stampanti 3D in grado di rinforzare i pezzi costruiti in materiali compositi con fibre a deposizione continua (tecnologia di estrusione “FFF” con esclusivo brevetto “CFF”), fornendo una resistenza adeguata a sostituire parti analoghe ottenute dalla lavorazione del metallo. I vantaggi di questa esclusiva soluzione aprono possibilità ancora maggiori nelle applicazioni di manifattura additiva industriale, impattando in modo importanti nei flussi produttivi – non solo in quelli di sviluppo prodotto – e trasformando le stampanti 3D in risorse produttive non solo progettuali. “Digital Forge” di Markforged è una piattaforma intuitiva e potente di produzione additiva, adatta a cogliere le sfide competitive dell’industria di oggi: complessità realizzativa, velocità di reazione, economicità di gestione, versatilità operativa; un sistema di hardware, software e materiali reciprocamente ottimizzati, pensato per integrarsi negli ecosistemi di produzione esistenti abbattendo le barriere tra design e pezzo funzionale ed approfittando delle opportunità di Fabbrica 4.0.

Risparmia tempo e costo, aggiungi valore alla tua produzione: scegli la stampante 3D più adatta alle
tue esigenze.


MARKFORGED ha evoluto la stampa 3D in metallo e in materiali
compositi portandola ad un nuovo livello di performance, con un
impatto dirompente sui prodotti ed i processi industriali. Ingegneri,
designer e addetti alla produzione di tutto il mondo si affidano ai
sistemi Markforged per realizzare prototipi, parti funzionali da uso
intermedio (utensili, attrezzature, dime, posaggi, maschere…) e
parti funzionali da uso finale (componenti, ricambi) ad alto valore.
Fondata nel 2013 con sede nel Massachusetts, U.S.A., Markforged
Holding Corporation ha dipendenti e partners in tutto il mondo ed
una diffusione globale dei propri prodotti; riconosciuto da Forbes
nella lista “Next Billion-Dollar Startups, seconda azienda di
hardware in più rapida crescita nella classifica “Deloitte Fast 500”,
la compagnia a luglio 2021 è stata quotata alla borsa di NewYork
(NYSE).


CMF MARELLI, fondata ditta “Cesare Marelli & Figlio”, è sul mercato
italiano delle forniture industriali dal 1950. Da sempre attiva
nell’ambito delle soluzioni di metrologia (MAHR), si occupa di
Stampanti 3D dalla metà degli anni ’90 tra i primissimi in Europa.
Negli ultimi anni propone marchi e prodotti di nuova generazione
con soluzioni più evolute, performanti ed economiche dei
tradizionali.
Ha installato le prime stampanti in Italia della “serie industrial” per
materiali compositi ed il primo sistema “MetalX” per i metalli di
Markforeged.