1 - Scheda attrezzature laboratorio AM 3 D rev. 03_con foto

L’ATTREZZATURA: Presso il laboratorio Te.Si. sono presenti 4 tecnologie di Additive
Manufacturing (AM):
una sinterizzatrice per polveri metalliche/ceramiche,
due stampanti 3D per il macro-Additive Manufacturing,
una stampante 3D per il micro-Additive Manufacturing.
Sistema Manudirect ® MSL50:
è un sistema appartenente alla famiglia delle sinterizzatrici
Direct Laser Metal Deposition (DLMD). Tale tecnologia
consente la realizzazione di prototipi e di prodotti finiti
mediante l’aggiunta localizzata di materiale metallico e/o
ceramico (vedi foto) strato per strato.
L’aggiunta di materiale avviene in modo diretto, attraverso un
ugello presente nella camera di sinterizzazione che depone un
cono di polveri a caduta verticale. Il processo di
sinterizzazione/fusione avviene attraverso l’attivazione di un
fascio laser, coassiale al cono stesso, che nel punto di fuoco va
a sinterizzare/fondere le polveri metalliche/ceramiche che
cadono nella zona di lavoro.
Sistema Stratasys ® Dimension 1200es: è un sistema appartenente alla famiglia delle stampanti
3D denominate Fused Deposition Modeling (FDM). Tale
tecnologia utilizza come materia prima degli avvolgimenti di
polimero (stato solido) che vengono poi estrusi attraverso un
ugello presente all’interno della camera di lavoro. Il filamento
estruso ad una temperatura di circa 300° C viene de posto su di
una basetta di plastica, riproducendo il primo strato (la base)
della parte da realizzare. Successivamente, ripetendo lo stesso
processo strato per strato, la stampante 3D realizza il modello
voluto (vedi foto che evidenzia la differenza col risultato del
precedente).
Sistema Stratasys ® Objet30 Prime: è un sistema appartenente alla famiglia delle stampanti 3D
denominate PolyJet. Tale tecnologia parte da un fotopolimero
liquido che viene depositato sul piatto di lavoro riproducendo la
sezione (o strato) del pezzo da realizzare. Una volta depositato
tale strato liquido (con uno spessore che può variare dagli 8 ai
32 µm) la stampante attiva una lampada UV che fa
polimerizzare il fotopolimero, solidificandolo. Una volta
realizzato il primo strato (la base), la stampante ne deposita un
altro sopra a quello precedentemente deposto e ripete il
processo descritto precedentemente fino alla completa
realizzazione del modello (vedi foto che evidenzia la differenza
col risultato dei precedenti).
Sistema nanoscribe ® photonic professional GT: è un sistema che si basa sul processo di
litografia. A differenza delle comuni stampanti SLA
(Stereolithography) tale sistema è in grado di creare modelli 3D
in scale micro/nano-metriche. Il processo parte da una distesa
di fotopolimero liquido, di uno spessore predefinito, il quale
viene colpito da un fascio laser che, selettivamente, polimerizza
soltanto le zone che interessano per la realizzazione del
modello processato. A differenza della tecnologia PolyJet, nella
nanoscribe tutta l’area di lavoro viene riempita di fotopolimero
liquido, mentre spetta al fascio laser la creazione selettiva degli
strati che andranno a costituire la parte solida voluta (vedi foto
che evidenzia la differenza con i risultati precedenti).
VANTAGGI E SVANTAGGI: Le tecnologie di Additive Manufacturing sono tecnologie di
nuova generazione che permettono di creare oggetti 3D attraverso l’aggiunta di materiale e non
attraverso la sottrazione dello stesso (come avviene con le tecnologie tradizionali quali tornitura,
fresatura’).
Questo fatto comporta 2 vantaggi sostanziali rispetto alle tecnologie tradizionali:
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Ia possibilità di realizzare geometrie di complessità molto elevata (vedi foto).
Questo vantaggio è strettamente legato al fatto che le tecnologie di AM non utilizzano
utensili da taglio e quindi non presentano il problema del vincolo geometrico legato
all’ingombro dell’utensile stesso. Infatti, non essendoci la presenza di un utensile,
ogni tipo di geometria (sottosquadri compresi) è liberamente accessibile e
riproducibile dalla tecnologia additiva impiegata. Dal punto di vista industriale, questo
ha permesso di rivedere e riprogettare il prodotto conferendogli forme molto
complesse e maggiormente funzionali rispetto alle soluzioni impiegate in precedenza
(vedi foto).
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la possibilità di lavorare un vasto assortimento di materiali.
Le tecnologie di AM si prestano bene a lavorare una vasta scelta di materiali: dai
metalli ai polimeri, dai ceramici ai compositi. Il vantaggio della mancanza di un
utensile da taglio permette di poter lavorare materiali tradizionalmente ostici per le
lavorazioni tradizionali, in quanto problematiche come l’usura utensile, la formazione
di cricche nella superficie dell’utensile stesso o nel pezzo da lavorare vengono a
mancare;
riduzione degli scarti di lavorazione.
A differenza delle tecnologie tradizionali dove si parte da un blocco unico di materiale
grezzo che poi viene via via intagliato e modellato, le tecnologie additive aggiungono
materiale solo dove strettamente necessario per la realizzazione della parte,
riducendo drasticamente gli scarti di produzione e di conseguenza i costi legati ad
essi.
Dal punto di vista economico-industriale, le tecnologie di AM hanno permesso:
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una forte customizzazione del prodotto;
la possibilità di creare prototipi funzionali in tempi ridotti rispetto ai metodi
precedentemente impiegati;
una riduzione del time-to-market;
la possibilità di riprogettare il prodotto, rendendolo più funzionale allo scopo per cui è
stato ideato e progettato;
la riduzione dei costi di produzione per volumi di produzione medio-bassi e bassi;
la riduzione del materiale di scarto;
la possibilità di testare materiali di nuova generazione.
I campi di impiego dove le tecnologie di AM trovano forte impiego sono:
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Aerospace
Automotive
Biomedicale
Fashion/Modellismo
Accademico
Le tecnologie di AM comunque presentano ad oggi certi punti deboli che stanno offrendo ad
aziende ed enti accademici una forte opportunità di ricerca e sviluppo. Infatti, negli anni, tali
tecnologie hanno subito e stanno subendo tutt’ora forti sviluppi riguardo a:
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sviluppo del processo di realizzazione additiva: un forte punto a sfavore della stampa
3D (sia essa relativa ai metalli e/o ai polimeri) è la qualità dimensionale e superficiale
del pezzo. Infatti, gli oggetti realizzati con tecniche additive presentano ancora una
finitura superficiale grossolana, fortemente dipendente dal tipo di tecnologia
impiegata e dalla strategia di realizzazione seguita. Inoltre, per la maggior parte delle
tecnologie additive, la qualità dimensionale della parte realizzata è fortemente
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influenzata dalla tipologia del sistema additivo impiegato e dall’orientazione di stampa
scelta.
Parte degli studi accademici ed industriali ad oggi si stanno concentrando moltissimo
nell’analisi e nel miglioramento della qualità finale del pezzo da realizzare;
miglioramento delle caratteristiche meccaniche delle parti realizzate. I pezzi realizzati
per AM presentano caratteristiche meccaniche fortemente dipendenti
dall’orientazione di stampa e dalla tipologia di sistema impiegate. Si sono svolte e si
stanno svolgendo tutt’ora ricerche approfondite su come i parametri di processo
utilizzati possano influenzare la microstruttura e le caratteristiche meccaniche finali
della parte realizzata;
ricerca e sviluppo di nuovi materiali, più adatti alle tecnologie di stampa additiva e più
performanti rispetto a quelli tradizionalmente impiegati;
velocità di produzione. Malgrado la stampa 3D abbia portato a numerosi vantaggi
rispetto all’impiego di tecnologie tradizionali quando i volumi di produzione in gioco
sono di media/bassa entità (con una vistosa riduzione dei costi e dei tempi di
produzione), nei confronti di produzioni che richiedono elevati volumi di produzione
esse si dimostrano tutt’ora lente e poco efficienti, preferendo in questi casi tecnologie
più consolidate e tradizionali (come quelle di injection molding per esempio).
L’immediato futuro dell’AM riguarda:
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Il miglioramento ed il perfezionamento di sistemi già esistenti.
Lo sviluppo di nuovi materiali tecnologicamente avanzati e adatti alla stampa 3D.
L’impiego delle tecnologie di AM in ambienti spinti (come quelli presenti nella stazione
aerospaziale della NASA orbitante attorno alla Terra).
L’aumento del numero di componenti e di componentistica prodotti per AM in ambiti
quali l’aerospace (Aero Avio per esempio), il biomedicale e l’automotive.
L’Additive Manufacturing è un campo tecnologico che porta enormi vantaggi rispetto alle tecnologie
tradizionali (tornitura, fresatura, injection molding per esempio) quando i volumi di produzione in
gioco sono limitati (medio-bassi) e fortemente customizzati. Si pensi al biomedicale, per esempio,
dove grazie alla stampa 3D è ora possibile sviluppare e produrre protesi (sia interne che esterne)
che rispondono perfettamente alle richieste e all’anatomia del paziente, con materiali assolutamente
biocompatibili per l’organismo umano. Oppure in settori quali l’aerospace, dove è stato possibile
riprogettare certi componenti per renderli più funzionali e, soprattutto, più leggeri, riducendo sia il
costo di produzione legato alla parte (riduzione degli scarti), sia quello di esercizio (riduzione del
carburante impiegato durante i voli).
Quando però i volumi di produzione aumentano e diventano elevati, le tecnologie di AM ad oggi
perdono di competitività e si rivelano costose e poco efficaci (velocità di produzione basse)
LE ATTIVITA’:
Il laboratorio Te.Si. fa capo al Dipartimento di Ingegneria Industriale
dell’Università degli Studi di Padova, fortemente attivo e propenso a collaborazioni tra Università e
aziende.
Nell’ambito dell’Additive Manufacturing, il laboratorio Te.Si. sta sviluppando e perfezionando insieme
ad aziende italiane ed estere il sistema aperto (già presente in laboratorio) per sinterizzazione diretta
MSL50, analizzando come i parametri di processo influenzino le caratteristiche e la qualità finale
delle parti metalliche realizzate per AM. Di pari passo, il laboratorio assieme all’azienda produttrice
del sistema, si sta impegnando per sviluppare e migliorare le performance della tecnologia.
Inoltre, grazie alla presenza di tre sistemi per la stampa 3D di polimeri, il Te.Si. è in grado di produrre,
testare e caratterizzare oggetti 3D realizzati per AM e analizzare come le scelte processuali (quali
orientazione, strategia di deposizione, spessore degli strati,..) possano influenzare le caratteristiche
finali del prodotto.
Uno dei prossimi obiettivi in ambito AM sarà quello di ampliare l’area additiva attraverso l’arrivo di
nuovi sistemi (sia per i metalli che per i polimeri), approfondendo così le conoscenze e le
competenze relative ai sistemi di AM più avanzati e performanti in ambito accademico-industriale.
Inoltre, un altro obiettivo fondamentale consisterà nel proseguire le collaborazioni nate e consolidate
negli anni con altri gruppi di ricerca (gruppo di bioingegneria per esempio) e coltivarne di nuove sia
con aziende, sia con enti accademici nuovi o gruppi di ricerca.
Per informazioni e appuntamenti presso il Laboratorio: Uffici Spina Rovigo – tel. 0425 202227