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Additive Manufacturing: quando aggiungere risulta conveniente

Ottenere la leggerezza e la complessità desiderate senza perdere la solidità e le caratteristiche meccaniche che ci occorrono è possibile? La risposta è l’Additive Manufacturing.

Le stampanti 3D, che si sono diffuse negli ultimi anni, sono solo uno degli esempi di questa tecnologia. Molti pensano che essa si limiti al campo dei polimeri ma, con specifiche tecnologie, è possibile realizzare pezzi metallici che trovano applicazione negli ambiti meccanico, energetico ed aerospaziale. La definizione fornita dall’ASTM è la seguente: “L’Additive Manufacturing è un processo di unione di materiali per realizzare oggetti solidi 3D, partendo da dati di un modello, generalmente strato per strato, in opposizione alle tecnologie sottrattive (lavorazioni tradizionali: tornitura, fresatura, ecc.)“.

Additive Manufacturing: le fasi

Le tecnologie tradizionali prendono un solido e, rimuovendo il materiale in eccesso, ottengono l’oggetto desiderato. In questa tecnologia, invece, si procede in maniera inversa: si parte da filo o polvere metallica, dipende dalla tecnologia utilizzata, per giungere al pezzo finito o quasi. Le lavorazioni Additive si basano su un cinque fasi che sono:

  1. creazione del modello CAD;
  2. generazione del file .stl;
  3. definizione degli strati;
  4. produzione;
  5. processi di finitura.

La creazione del modello CAD non si differenzia dai modelli fatti anche per le lavorazioni tradizionali. Dalla seconda fase inizia il lavoro vero e proprio richiesto da questa tecnologia. Il file .stl scompone i contorni del solido in tanti triangoli, che identificano una griglia più o meno fitta, in base al numero di triangoli utilizzati. Nel file .stl sono inoltre salvati i vettori normali ai piani dei triangoli in modo che puntino verso la parte piena del pezzo. Molti software estrapolano da vari tipi di file grafici questo formato. Però, nel caso in cui ciò vada fatto senza servirsi di essi bisogna fare attenzione ad un paio di cose: le zone d’intersezione tra più solidi possono creare dei problemi durante la scomposizione, oppure potrebbe risultare invertita qualche normale. Tuttavia la maggior parte dei software segnala queste difficoltà e consiglia le modifiche da apportare.

I componenti cavi o forati creano poi qualche altro intoppo. Questa tecnologia fonde o sinterizza i materiali che utilizza, quindi durante la lavorazione bisogna definire un senso di crescita, non per forza quello nel quale verrà utilizzato il componente, e definire dei supporti per le parti a sbalzo. Giunti a questo punto si vanno a definire gli strati che verranno lavorati ed i parametri con cui verrà effettuata la lavorazione. Un software utile in questa fase, con il quale tutti potrete giocare, è Ultimaker Cura. Questo software simula le varie opzioni, permette di visualizzare i vari strati del componente e simula la crescita del pezzo. La fase di produzione poi dipende da quale tecnologia si utilizza. I processi di post produzione poi sono vari e dipendono molto dalla finitura desiderata ma generalmente bisogna effettuare i trattamenti termici prima di rimuovere i supporti.

Screenshot da Ultimaker Cura
Screenshot da Ultimaker Cura

I pro e i contro

L’ Additive Manufacturing presenta dei vantaggi e degli svantaggi, come ogni tecnologia/tecnica esistente. Con essa si possono realizzare pezzi molto complessi, come i collettori di aspirazione delle auto da corsa, senza avere un ingente aumento dei costi di produzione. Inoltre è possibile realizzare componenti più leggeri, il che comporta un risparmio di materiale e spesso un miglioramento delle prestazioni. Esistono però gli svantaggi. Tra essi troviamo il fatto che le dimensioni dei pezzi sono limitate dalla camera di lavorazione della macchina utilizzata. Inoltre, il processo di produzione è lento e costoso.

Come in tutte le lavorazioni meccaniche, l’importante è raggiungere un compromesso tra le esigenze ed i costi. Quindi l’utilizzo di questo genere di lavorazioni è limitato ad ambiti dove la leggerezza dei componenti può cambiare di molto le prestazioni delle macchine.

Un’applicazione può essere la rielaborazione della fibbia delle cinture di un aereo, realizzate in titanio. Questo potrebbe sembrare un risparmio effimero di materiale ma se si considerano tutte quelle presenti su un singolo velivolo, quel risparmio di materiale comporta una gran quantità di carburante risparmiata su ogni tratta effettuata. A sua volta, questo si traduce in un risparmio monetario ingente nel tempo che ne ammortizza e giustifica il costo iniziale.

Articolo a cura di Monica Memoli

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