Polvere refrattaria - Al2O3
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Polvere refrattaria- Al2O3

Al2O3-TVF
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La polvere refrattaria Al2O3 è un materiale utilizzato nel processo di sinterizzato dei pezzi stampati con filamentos metálicos Filamet™ (The Virtual Foundry). Questi filamenti metallici sono composti da un percentuale più elevata di metallo (80 % - 95 %) e il resti da PLA. L'elevato contenuto di metallo non aumenta la complessità della stampa, poiché tutti i filamenti Filamet™ vengono utilizzati nella stessa configurazione di stampa del PLA, rendendoli materiali ideali per qualsiasi tipo di stampante 3D FDM (industriale o domestica.

Al2O3 o allumina (ossido di alluminio) è una polvere bianca di elevata durezza utilizzata abitualmente per miggiorare la resistenza di argille e smalti. Nel processo di sinterizzazione si usa come polvere reffrataria perché il suo punto di fusione è elevato (2072 ºC), molto superiore al punto di fusionie dei principalli mtalli utilizzati da l’industria (acciaio inossidabile, ottone, bronzo, acciaio di alto tenuto in carbonio, alluminio, ecc.).

Una volta stampato il pezzo con uno dei filamenti metallici Filamet™ è necessario effettuare il processo di sinterizzazione, in un ambiente aperto o sotto vuoto o in ambient einerte, per rimuovere il polimero legante (PLA). Per la sinterizzazione, il pezzo viene posto nel crogiolo completamente circondato dalla polvere refrattaria di Al2O3,, assicurandosi che l’intera superficie del pezzo sia completamente coperta e con un certo distacco dalle parete del crogiolo. Il prodottore ottenuto dopo la sinterizzazioe è un pezzo completamente metallico, con le reali proprietà de metallo, come la conducibilità elettrica, la post-produzzione tramite rettifica e lucidatura, o anche la saldatura; ma con una certa porosità e una riduzione di volume dovuta alla perdita di PLA.

Processo di sinterizzazioneProcesso di sinterizzazione

Immagine 1: Processo di sinterizzazione. Fonte: The Virtual Foundry

A seconda del metallo da sinterizzare e del tipo di forno utilizzato, sono necessari materiali diversi. In un forno aperto, solo il Filamet™ di ottone oppure bronzo possono essere sinterizzati in combinazione con la polvere refrattaria Al2O3. Nel caso in cui si utilizzi un forno sottovuoto o inerte, qualsiasi metallo può essere sinterizzato utilizzando come polvere refrattaria Al2O3. La tabella seguente mostra la polvere refrattaria necessaria per ogni metallo e forno, dati verificati da The Virtual Foundry fino ad oggi.

Filamet™ Forno aperto Forno sottovuoto o inerte
Acciaio inossidabile 316L Magic Black Powder Al2O3
Ottone Al2O3 Al2O3
Bronce Al2O3 Al2O3
Accciaio ad alto tenuto di carbonio - Al2O3
Alluminio 6061 - Al2O3
Tungstene - Al2O3
Tabella 1: Polvere refrattaria necessaria a seconda del tipo di Filamet™ e del tipo di forno. Fonte: The Virtual Foundry

Per saperne di più sull'intero processo di sinterizzazione, visitate la sezione "Consigli per l'uso".

Informazioni generali
Produttore The Virtual Foundry
Materiale Al2O3
Densità 1.5-2.1 g/cm³
Quantità 1 kg
Dimensione delle particelle 125-180 μm

Proprietà meccaniche
Durezza superficiale 9 Mohs

Proprietà termiche
Temperatura di fusione 2050 ºC

Altre
HS Code 2818.2

Post-processo: Sinterizzazione

Sinterizzazione in ambiente aperto

Sinterizzazione in ambiente sotto vuoto o inerte

Dopo una stampa, è necessario sinterizzare i pezzi per eliminare il PLA che fa parte di Filamet™. La sinterizzazione può avvenire in un ambiente aperto (solo per Filamet™ di rame e bronzo) o in un ambiente sotto vuoto o inerte (Filamet™ di rame, bronzo, acciaio inox 316L e altri).

Sinterizzazione in ambiente aperto

Per la sinterizzazione in un ambiente aperto è necessario un recipiente refrattario (crogiolo) e polvere refrattaria di Al2O3. Il processo inizia levigando i bordi ruvidi del pezzo per ottenere risultati migliori. Prima di inserire il pezzo nel crogiolo, si deve posizionare uno strato di 1,25 cm di Al2O3 sul fondo del crogiolo, successivamente posizionare il pezzo sopra l'Al2O3 al centro, senza toccare le pareti. Nel caso di sinterizzazione di più pezzi contemporaneamente, deve esserci uno spazio di 1,25 cm tra di loro. Successivamente, coprire il pezzo con Al2O3, lasciando uno strato di 1,25 cm sopra, battere il crogiolo affinché la polvere si distribuisca uniformemente intorno al pezzo e compattare il tutto. Coprire la polvere refrattaria con carbone di guscio di cocco e compattare di nuovo. Infine, coprire il crogiolo con un coperchio in acciaio inox che copra almeno l'80% dello strato superiore di carbone di guscio di cocco. Una volta completato il processo, inserire il crogiolo nel forno e programmare il forno per la sinterizzazione. Da temperatura ambiente, aumentare a 205ºC, poi fino a 815ºC per bronzo o 1010ºC per rame, aumentando la temperatura di 100ºC/h. Da queste temperature fino a 870ºC per bronzo o 1060ºC per rame, aumentare la temperatura di 25ºC/h. Una volta raggiunte queste temperature, mantenere tra 1,5 e 4 ore a seconda delle dimensioni del pezzo (pezzi da 5g a 10g - 1,5 a 2,0 ore; pezzi da 10g a 25g - 2,0 a 3,0 ore; pezzi da 25g a 40g - 3,0 a 4,0 ore).

Dimensione del pezzo (g)Tempo (h)
5 - 101,5 - 2,0
10 - 252,0 - 3,0
25 - 403,0 - 4,0
Tabella 1: Tempo dell'ultimo passaggio della sinterizzazione in base alla dimensione del pezzo

Si deve considerare che questi tempi e temperature sono orientativi e possono variare a seconda di molti aspetti, come il modello di forno utilizzato. Alla fine del ciclo di sinterizzazione, aprire leggermente la porta del forno (circa 3 cm) fino a quando la temperatura del forno scende sotto i 535ºC, poi aprirla completamente e lasciare raffreddare fino a quando il crogiolo può essere maneggiato in sicurezza.

Sinterizzazione in ambiente sotto vuoto o inerte

Per la sinterizzazione in un ambiente sotto vuoto o inerte è necessario un crogiolo (recipiente di cottura) e polvere refrattaria: Al2O3 per rame, bronzo e acciaio inox. Preparare il pezzo per la sinterizzazione posizionandolo all'interno del crogiolo e coprendolo di polvere refrattaria, assicurandosi che tra le superfici del pezzo e del crogiolo ci sia almeno 10 mm di polvere. Successivamente, posizionare il crogiolo nel forno a temperatura ambiente. Aumentare la temperatura a 205ºC in un tempo di 200 minuti. Poi, in un intervallo di 180 minuti, aumentare la temperatura fino a 400ºC. In un ulteriore intervallo di 180 minuti e a seconda del materiale, la configurazione del passaggio successivo sarà aumentare la temperatura e mantenerla per un tempo determinato (vedere valori per ogni materiale nella tabella). Infine, lasciare raffreddare il forno fino a temperatura ambiente.

MaterialeTemperatura (ºC)Tempo (min)
Filamet™ di rame983440
Filamet™ di bronzo865440
Filamet™ di acciaio inox 316L1225240
Filamet™ di acciaio alto carbonio1300440
Filamet™ di alluminio 6061555240
Filamet™ di tungsteno1300440
Tabella 2: Temperatura e tempo dell'ultimo passaggio della sinterizzazione in base al tipo di materiale

Sia con la sinterizzazione in ambiente aperto che con quella in ambiente sotto vuoto o inerte, le proprietà meccaniche del prodotto finale sono direttamente legate al tempo in cui il pezzo stampato viene mantenuto alla temperatura di sinterizzazione. Se il prodotto finale è polverulento e fragile, il tempo di sinterizzazione non è stato sufficiente. Se la stampa mostra una superficie simile alla pelle rugosa, è stata sovra-sinterizzata. Infine, come norma generale, durante il processo di sinterizzazione il volume del pezzo si riduce del 7%.

Post-processo: Levigatura e lucidatura

Cubo di rame lucidato

Una volta sinterizzato, il pezzo può essere levigato e lucidato come un metallo, seguendo però alcune indicazioni. Con carta abrasiva si eliminano le linee di stampa e altre piccole deformazioni poiché le particelle libere durante la levigatura si adattano agli spazi grazie al calore da frizione. Se si utilizza carta abrasiva o disco radiale 3M, si consiglia di iniziare la levigatura con una grana di 120 (80 per disco radiale 3M), facendo attenzione a non deformare le zone più delicate, come gli angoli. Una volta levigata tutta la superficie, si deve utilizzare una carta abrasiva di grana successiva e così via fino a grana 6 o 7 (4 volte per il disco radiale 3M). Prima di passare alla lucidatura finale, si consiglia di utilizzare una carta abrasiva di grana 3000, che conferisce una certa lucentezza. Infine, una volta pulito il pezzo con un panno di flanella, si può procedere alla lucidatura. TVF consiglia di utilizzare uno strumento rotante con un disco di lucidatura e cera lucidante per rendere la lucidatura più rapida ed efficace. Applicare un po' di cera lucidante sul disco di lucidatura e lucidare con movimenti costanti su tutto il pezzo per evitare l'eccesso di calore, che potrebbe deformare il pezzo. Oltre a levigare e lucidare i pezzi realizzati con Filamet™, è possibile intagliare, rifondere, saldare e lisciare con applicazione di calore.