La produzione additiva consente gradi di libertà completamente nuovi per quanto riguarda la progettazione delle geometrie dei componenti e sta diventando un complemento sempre più rilevante alle tecnologie di lavorazione. Di conseguenza, i nuovi processi di "stampa 3D metallica" sono presenti in un numero sempre maggiore di aziende manifatturiere e stanno uscendo dalla nicchia per entrare in un contesto applicativo sempre più ampio.
Produzione additiva
La produzione sottrattiva utilizza la lavorazione per rimuovere il materiale dal materiale grezzo e ricavare un componente nella geometria desiderata. Tra questi vi sono processi di produzione come la fresatura, la tornitura e la rettifica. Un componente prodotto in modo additivo, invece, viene creato costruendo strato per strato i contorni di un modello digitale di dati 3D del pezzo.
La saldatura a deposizione laser, oggi assegnata al campo della Directed Energy Deposition (DED), ha guadagnato presto importanza. La polvere viene introdotta in un raggio laser attraverso un ugello coassiale, che la fonde con precisione millimetrica. Il processo è caratterizzato da una velocità di accumulo molto elevata. Il componente viene costruito strato per strato, utilizzando l'intera cinematica a 5 assi della fresatrice CNC. Le geometrie di supporto, come nel letto di polvere, non sono necessarie in questo caso, poiché la cinematica a 5 assi porta sempre il componente nella posizione corretta rispetto all'ugello laser. Un doppio trasportatore di polvere integrato consente di alimentare contemporaneamente due materiali diversi. In questo modo, è possibile applicare alternativamente metalli diversi per conferire al componente le proprietà desiderate, ad esempio una maggiore conducibilità termica o diversi gradi di durezza in determinate aree. È inoltre possibile produrre materiali graduati, in cui si realizza una transizione graduale dal materiale A al materiale B.
Un altro processo importante è la fusione laser selettiva (SLM) di polveri metalliche. La polvere viene applicata in strati sottili su una piattaforma di costruzione e poi fusa localmente con un laser secondo la geometria del componente. L'area degli strati da esporre è stata calcolata in anticipo dal modello 3D del pezzo. Al termine del processo di produzione, la polvere in eccesso può essere estratta e riutilizzata. Data l'ampia gamma di applicazioni, in quest'area di processo sono già disponibili innumerevoli polveri di materiali. Ciò significa che i pezzi funzionali (prototipi) possono essere prodotti con materiali di serie e testati per verificarne l'idoneità. Per la costruzione di componenti generativi sono disponibili diversi acciai e gradi di alluminio, leghe di cobalto-cromo e nichel, rame e titanio.
I due processi, Directed Energy Depostion (DED) e Selective Laser Melting (SLM), si differenziano essenzialmente per le tolleranze che possono essere generate, i tassi di accumulo e le velocità di produzione. Ad esempio, la precisione della saldatura a deposizione laser è inferiore a quella del processo a letto di polvere. Tuttavia, per quanto riguarda la sua capacità di essere integrato in macchine utensili ibride, può vantare vantaggi in termini di produttività. Questo perché la struttura del componente additivo può essere espansa in un unico setup con la lavorazione convenzionale. In linea di principio, quindi, entrambi i processi hanno la loro giustificazione - e in settori diversi.
Le macchine DED si sono affermate da tempo nella costruzione di stampi e nelle applicazioni aerospaziali. Nella riparazione, è possibile ricostruire componenti danneggiati e realizzare opzioni di riparazione tanto rapide quanto economiche. Nella tecnologia medica, le soluzioni specifiche per il paziente per protesi dentali o articolari vengono create nel letto di polvere delle macchine SLM.
I segreti del successo della produzione additiva
Rispetto ai processi convenzionali, la produzione additiva consente un approccio completamente nuovo alla progettazione e alla produzione. Le potenzialità risiedono nell'ambito della disponibilità di parti di ricambio, delle geometrie interne, delle strutture complesse dei componenti o delle basse quantità. Un'altra opportunità è offerta dagli scenari applicativi che portano a un miglioramento significativo delle proprietà del prodotto.
Ad esempio, l'ottimizzazione della topologia può migliorare notevolmente le proprietà di un componente. Le strutture fabbricabili in modo additivo (bioniche), ad esempio, possono essere utilizzate per ridurre il peso e ottenere al contempo una stabilità molto elevata. I processi di fabbricazione additiva offrono quindi dei vantaggi, soprattutto nel caso di requisiti elevati o molto specifici per le proprietà dei componenti. Una catena di processo end-to-end che combina la stampa 3D metallica con una post-elaborazione mirata è anche spesso più economica dei processi convenzionali nelle giuste condizioni.
Produzione additiva significa pensiero additivo
Per sfruttare appieno il potenziale della produzione additiva di componenti, è necessario un cambiamento di mentalità già nello sviluppo del prodotto. La sfida consiste nell'applicazione pratica e nell'identificazione del potenziale nello spettro specifico. A sua volta, ciò richiede una conoscenza fondamentale delle rispettive possibilità e un approccio imparziale. Nel migliore dei casi, i clienti si affidano ad analisi competenti che forniscono informazioni sul valore aggiunto che la produzione additiva può offrire all'azienda e sul modo in cui i componenti possono essere ottimizzati dalla tecnologia nelle loro proprietà e funzioni e/o possono essere prodotti in modo più economico.
A causa dei fattori limitanti della manifattura additiva sopra descritti, la stampa 3D rappresenta un'aggiunta redditizia alle tecnologie di lavorazione tradizionali, ma non una loro sostituzione. In vista dell'ulteriore sviluppo della produzione additiva in un'ampia gamma di settori e della sua integrazione in nuovi modelli di business, il potenziale futuro è particolarmente promettente.
Coerenza nella produzione additiva con DMG MORI
DMG MORI supporta i propri clienti con processi integrati nella produzione additiva dal 2013 - inizialmente sulla base della saldatura ad accumulo laser con il LASERTEC DED e LASERTEC DED ibrido e da diversi anni anche nel processo a letto di polvere con la serie LASERTEC SLM serie LASERTEC SLM. In qualità di leader mondiale nella produzione di macchine utensili, DMG MORI combina i processi additivi con un ampio portafoglio di soluzioni di lavorazione ad alte prestazioni. CELOS, come interfaccia onnicomprensiva, offre la possibilità di un funzionamento indipendente dalla tecnologia e coerente (esperienza utente).
Anche prima dell'implementazione delle catene di processi additivi, DMG MORI supporta le parti interessate e gli utenti nei propri Centri di Eccellenza per la Produzione Additiva con le proprie competenze complete sia nella stampa 3D metallica che nella lavorazione convenzionale. L'obiettivo è fornire soluzioni di produzione ottimali che aprano la strada a una produzione più economica e a prodotti di qualità superiore.
Sulla base del suo ampio portafoglio di ADDITIVE MANUFACTURING e della tecnologia CNC, DMG MORI può offrire quattro catene di processi additivi. Ad esempio, i pezzi possono essere prima costruiti in un letto di polvere sul LASERTEC SLM per poi essere lavorati successivamente. In questo modo, i componenti prodotti in modo additivo possono essere realizzati con una precisione estremamente elevata. Gli utenti possono anche collocare il processo di lavorazione a monte. Ad esempio, i corpi base delle teste di fresatura possono essere prodotti in modo produttivo. Infine, la complessa struttura dello stampo, compresi i canali di raffreddamento interni, avviene nel letto di polvere.
Anche nell'area degli ugelli per polveri, la combinazione di produzione additiva e lavorazione è al centro di due catene di processo. Il LASERTEC 65 DED per la saldatura ad accumulo puramente laser produce componenti impegnativi o applicazioni multimateriale fino a ø 650 x 560 mm completamente senza contorni di supporto. Nella successiva lavorazione di finitura su un centro di lavoro universale di DMG MORI, le superfici piane, gli accoppiamenti o le filettature vengono rifiniti con la precisione richiesta. Con il LASERTEC DED ibrido DMG MORI combina questa catena di processi in un'unica area di lavoro. A seconda delle esigenze, gli utenti possono passare dalla produzione additiva con un ugello di polvere alla lavorazione simultanea a 5 assi o alla lavorazione completa su 6 lati. Ciò consente di produrre pezzi ancora più complessi. A seconda dell'applicazione, DED / DED ibrido sono disponibili per componenti fino a ø 1.010 × 3.702 mm.