Produzione mediante stampa 3D di parti metalliche in cera persa vs DMLS

Il mondo della prototipazione di leghe metalliche e della produzione di piccole serie ha fatto molta strada grazie alla tecnologia di stampa 3D. Tuttavia, ci sono alcune tecniche tradizionali che non sono scomparse, ma si sono evolute.

È il caso della lavorazione a cera persa, una tecnica millenaria che si è evoluta dal dover realizzare un originale in cera più o meno a mano, alla realizzazione di leggeri stampi per cera e poter realizzare piccole serie, fino a poter finalmente realizzare pezzi in stampanti 3D in resina, come Form 2 e Castable resin, o in stampanti 3D FDM con materiali specializzati per la cera persa (MoldLay) che hanno rivoluzionato il mercato come PolyCast, grazie alla sua alta precisione e all'eccellente finitura superficiale.

Video 1: Produzione di pezzi a cera persa utilizzando PolyCast. Fonte: Polymaker

Tornando agli albori della stampa 3D, troviamo il PLA, un materiale economico utilizzato da quasi tutte le stampanti 3D (comprese quelle domestiche), in grado di fabbricare la parte originale che viene poi introdotta in una massa di sabbia e legante per formare uno stampo mediante riscaldandolo in forno.

Alcuni anni fa (2015), quando questa tecnica non era ancora di uso comune, ennomotive, una piattaforma di innovazione con una comunità globale di ingegneri, ha chiesto loro, su richiesta di un cliente, di proporre un sistema innovativo, più veloce ed economico, per realizzare i propri prototipi in leghe di titanio per il mondo dell'aviazione e, se possibile, produrre anche piccole serie, perfettamente funzionanti, senza il costo economico e il tempo che il tradizionale processo di produzione di stampi metallici per iniezione o fusione di pezzi

A quel tempo, uno degli ingegneri della comunità, della Striscia di Gaza, che aveva completato i suoi studi di ingegneria negli Stati Uniti e il cui progetto finale aveva affrontato questa tecnica di stampa 3D in PLA e produzione con il metodo della cera persa lo propose come soluzione. Conosceva bene le sue virtù.

Il cliente, incredulo davanti a una soluzione che gli ha fatto risparmiare mesi e molte migliaia di euro, e che non è stata utilizzata o proposta da nessuno dei migliaia di ingegneri che l'azienda aveva, ha commentato: "Il pezzo così realizzato soddisfa i severi standard delle regole dell'aria? La risposta è stata devastante: "sì, e c'è anche chi sta iniziando ad usarlo, e possiamo metterti in contatto con chi te lo può realizzare, ci vorranno 3 giorni più il trasporto".

A quel tempo, le stampanti 3D che potevano realizzare parti metalliche lo facevano ancora con poche leghe, non raggiungevano le finiture necessarie, né le stesse specifiche tecniche di una parte prodotta per stampaggio (e centrifugazione, o sottovuoto se necessario), oltre ad essere lento e costoso.

Ma la tecnologia continua ad evolversi e le proprietà tecniche delle parti prodotte sono migliorate, così come il loro costo e il numero di leghe disponibili. Tuttavia, la tecnologia a cera persa è ancora pienamente in vigore e si sta evolvendo sulla base della stampa 3D FDM, quindi sebbene la tecnologia DMLS abbia fatto molta strada, quale sarebbe la raccomandazione degli ingegneri della comunità ora se glielo chiedessero di nuovo su ennomotive.com?

Bene, la risposta è che varia, e molto, a seconda della parte, dei requisiti tecnici, delle dimensioni, dei materiali, ecc. oppure "Cambia il materiale", come hanno fatto la prima volta, chiedendo perché questo pezzo fosse fatto di una lega di titanio e non di qualche tipo di resina che potesse soddisfare le specifiche tecniche richieste.

Ecco perché ci sono una serie di raccomandazioni nella scelta della tecnologia di produzione, ma è l'occhio esperto dell'ingegnere progettista, che conosce bene queste tecniche (e occhio perché migliorano ogni giorno) che può colpire la migliore qualità/qualità combinazione.costo.

• In questo momento, le due tecniche raggiungono finiture superficiali molto simili, distinguendosi l'una o l'altra a seconda della qualità del processo e del materiale. Ad esempio, ci sono stampanti DMLS che offrono una grande qualità della superficie, ma ci sono anche filamenti per la stampa 3D FDM (PolyCast) che ottengono una finitura completamente liscia e liscia.
• Come per la finitura superficiale, anche per la precisione geometrica il dibattito è piuttosto uniforme, anche se è vero che con la tecnologia DMLS si ottengono parti finali con una precisione maggiore di 0,1mm±0,3%.
• Per quanto riguarda le dimensioni, si possono stampare pezzi di grandi dimensioni utilizzando la cera persa, ad esempio 2 m, mentre con DMLS sono solitamente più piccoli, anche se successivamente possono essere uniti, raggiungendo la dimensione necessaria.
• Dove la cera persa trae vantaggio è poter scegliere il materiale che si desidera, senza limiti, mentre il catalogo dei materiali per DMLS, sebbene sia in aumento, è limitato.
• Al contrario, la tecnologia DMLS consente forme geometriche più complesse (ad esempio strutture interne) e pareti più sottili, cosa non possibile con la tecnologia a cera persa, che supporta geometrie complesse ma con un limite.
• Il DMLS consente di stampare componenti diversi contemporaneamente, integrati nella stessa parte (anche se così non è stato).
• Ma se si tiene conto della velocità e del costo, cosa fondamentale per l'industria, al momento è favorevole alla cera persa, motivo per cui continua ad essere ampiamente utilizzata nell'industria aeronautica; anche se il rapido progresso della tecnologia DMLS la rende ogni giorno più vicina e sempre più utilizzata nel settore.

Quindi, nel pezzo di cui sopra, poiché la sua geometria non era eccessivamente complicata, e il materiale era una lega speciale, per la produzione di piccole serie, probabilmente verrebbe riutilizzata la cera persa, soprattutto ora che ci sono materiali per la stampa 3D FDM come PolyCast, un filamento sviluppato esclusivamente per la produzione a cera persa. Anche se nel momento in cui leggerai questo articolo le carte in tavola potrebbero essere cambiate. Chiederemo di nuovo alla comunità degli ingegneri? O saremo a conoscenza delle ultime novità in fatto di stampa 3D?

Lo sviluppo di materiali e tecnologie è così rapido che una soluzione accettata come valida oggi è obsoleta in meno di 5 anni. Il ritmo frenetico dei progressi nella produzione additiva è inarrestabile.

Artículo en colaboración con ennomotive.