LA PROGETTAZIONE ADDITIVA

La progettazione additiva comprende tutte quelle tecnologie che permettono la realizzazione di un componente attraverso l’aggiunta di materiale, layer upon layer.

Nella normativa F2792 si descrivono le principali tecnologie additive cercando di fare chiarezza sulle principali differenze dei processi. Si osserva come, pur essendo processi tecnologicamente differenti, siano presenti delle similitudini. Infatti quando si parla di tecnologie additive o 3D printing si ipotizza la produzione di un pezzo che presenti forme complesse e difficilmente realizzabili per tempi e costi con le tecnologie tradizionali. Importante riflessione sulla produzione di questi componente è relativa alla sua fattibilità tecnica che dipende da alcune regole di progettazione specifiche per queste tipologie di processi. Si può affermare che le tecnologie additive superino i vincoli produttivi delle tecnologie tradizionali ma, allo stesso tempo, impongono altrettanti vincoli. Nelle tecnologie additive è importante progettare la forma, ma soprattutto la sua disposizione all’interno dell’area di stampa oltre che la progettazione dei supporti.

La progettazione dei supporti è parte fondamentale e caratteristica di queste tecnologie. Si può affermare che una corretto orientamento del pezzo all’interno dell’area di stampa e dei relativi supporti consente la produzione di un prodotto strutturalmente corretto.

Nelle tecnologie additive è perciò necessario prevedere la progettazione di supporti principalmente per garantire la realizzazione di geometrie complesse (o dimensioni elevate, poste a 45° rispetto al piano di stampa) e, in caso della Selective Laser Melting (SLM) o dell’Electron Beam Melting (EBM), per la corretta dissipazione del calore.

La funzione dei supporti è quindi quella di: sostenere, diffondere e fissare il pezzo.

SOSTENERE LE GEOMETRIE

L’esempio qui proposto mostra come la SLM possa garantire la realizzazione di geometrie complesse, potendo sostenere superfici in sottosquadro. L’esempio dell’anello di Moebius [Grabcad] evidenzia come i supporti sostengono il pezzo.

DIFFONDERE

I supporti oltre a sostenere il pezzo durante la stampa sono utilizzati appunto per facilitare lo smaltimento del calore soprattutto nelle zone dove la geometria è molto piccola e il laser ripassa per molteplici layer. La conducibilità termica della polvere, perché intervallata anche da zone di aria, è inferiore rispetto al pezzo fuso e questo porta ad un accumulo di calore che induce alla deformazione del pezzo ed in alcuni casi anche alla perdita di materiale.

Perché i fori ottenuti sono sottodimensionati?

Per quanto osservato nelle stampe fino ad ora realizzate, i fori all’interno di un componente, realizzati direttamente mediante processo SLM, risultano sottodimensionati rispetto alle quote previste dai modelli STL utilizzati per creare il file di stampa. Il diametro dei fori risulta più piccolo del nominale di circa 400-450 um; mediante sabbiatura questo errore tende a dimezzarsi, e ciò può essere associato al fatto che la sabbiatura agisce asportando le particelle di polvere metallica che, a causa dei continui cicli termici subiti durante il processo, rimangono sinterizzate sulla superficie del componente (del foro in questo caso). L’errore ottenuto nella realizzazione dei fori risulta circa il doppio rispetto all’errore ottenuto sulle geometrie esterne. Questo può dipendere dal fatto che in un foro, a differenza di una qualsiasi geometria esterna, la polvere metallica non fusa risulta circondata solo da materiale fuso e quindi risente molto di più dei continui cicli termici e fatica a smaltire il calore. Ciò comporta che una maggior quantità di polvere subirà una sinterizzazione e rimarrà solidale al componente. Questa ipotesi trova una parziale conferma nel fatto che l’errore tende ad essere maggiore al diminuire del diametro del foro: con un foro di minori dimensioni si ha una minor quantità di polvere al suo interno che subirà quindi un maggior riscaldamento e farà più fatica a smaltire il calore, causando un maggior errore nel foro realizzato.

COLLEGARE IL PEZZO ALLA PIASTRA

Il file MTT è il file che Magics, il software che trasforma il file STL in file macchina, permette di visionare il percorso dell’utensile e soprattutto le diverse slice ad ogni layer che compongono il pezzo. L’analisi delle slice evidenzia cosa succede nei differenti layer e permette di comprendere se alcuni pezzi nascono dal nulla.

Fissare il pezzo alla piastra, oltre a dissipare il calore e sostenere la geometria, è fondamentale per ovviare allo spostamento della polvere e del pezzo generato dalla racla.

ORIENTARE IL PEZZO

Fondamentale è anche l’orientamento all’interno dell’area di stampa come si vede nell’immagine seguente. Il pezzo è stato orientato a 0°, 45° e 45°-45° rispetto all’aerea di stampa.

Oltre ad individuare il miglior orientamento del pezzo per assicurare la sua corretta realizzazione, è importante anche orientare il pezzo rispetto alla movimentazione della racla per distribuire l’usura sull’intero profilo.

 

La prima immagine pone i differenti volumi a 45° rispetto alla direzione di movimentazione della racla (i volumi incontrano la racla gradualmente). Nella seconda immagine invece i provini sono disposti a scacchiera così da avere una distribuzione uniforme.