Il futuro della stampa 3D: Come la produzione additiva sta trasformando la produzione
La stampa 3D apre nuove possibilità per la progettazione di componenti dalle geometrie complesse. I processi di stampa 3D dei metalli si sono evoluti da tecnologie di nicchia a parte integrante della produzione moderna. Come aggiunta lungimirante alle tecnologie di lavorazione tradizionali, questi processi stanno diventando sempre più importanti: rappresentano uno sviluppo chiave nel contesto dell'Industria 4.0. Aziende come DMG MORI riconoscono il potenziale delle tecnologie di stampa 3D per la produzione del futuro.
Esistono differenze tra la produzione sottrattiva e quella additiva (stampa 3D). Nella produzione sottrattiva, il materiale viene rimosso , ad esempio attraverso la fresatura, la tornitura o la rettifica, per creare un componente con la geometria desiderata. La produzione additiva, invece, segue un principio completamente diverso. Tramite l'utilizzo di una stampante 3D per metalli, il componente viene creato strato per strato direttamente dai dati del modello 3D digitale. Questo principio di base rimane il fondamento tecnologico di tutti i moderni processi di stampa 3D. Il passaggio alla stampa 3D rappresenta un passaggio chiave nella produzione industriale: apre la strada a processi produttivi più flessibili, efficienti e personalizzabili.
Stampa 3D in metallo: le tecnologie che la rendono possibile
La saldatura a deposizione laser (DED): un processo additivo ad alto tasso di deposizione.
La saldatura a deposizione laser è un processo precoce e ancora molto importante nel campo della fabbricazione additiva. Appartiene al gruppo di processi DED (Directed Energy Deposition). La polvere metallica viene introdotta in un raggio laser attraverso un ugello coassiale, che fonde la polvere con precisione millimetrica. Questo processo si distingue per la sua velocità di accumulo, che consente la costruzione strato per strato di componenti complessi. A differenza dei processi a letto di polvere, per la saldatura a deposizione laser non sono necessarie geometrie di supporto: la cinematica a 5 assi della fresatrice CNC posiziona sempre il componente in modo ottimale per l'ugello laser.
Grazie ai due alimentatori di polvere, è possibile applicare alternativamente due metalli diversi per conferire al componente le proprietà desiderate, come una maggiore conducibilità termica o diversi gradi di durezza in determinate aree. Si possono così ottenere materiali gradati, caratterizzati da passaggi progressivi da un materiale all’altro.
La fusione laser selettiva: massima precisione con tecnologia a letto di polvere
Un altro processo che guarda al futuro è la fusione laser selettiva. In questo processo, la polvere di metallo viene applicata in strati sottili su una piattaforma di costruzione e poi fusa localmente da un laser in base alla geometria del componente. L'area da esporre viene calcolata in anticipo dal modello 3D del pezzo. Il riutilizzo della polvere non impiegata rende il processo più sostenibile ed efficiente. Grazie all'ampia gamma di applicazioni, sono già disponibili innumerevoli polveri di materiali per la costruzione di componenti generativi, tra cui acciai, leghe di alluminio, cobalto-cromo, leghe di nichel, rame e titanio. In questo modo è possibile creare prototipi con funzionalità pari a quelle dei pezzi di serie.
Processi additivi a confronto: i punti di forza di DED e SLM
Le principali differenze tra la deposizione a energia diretta (DED) e la fusione laser selettiva (SLM) sono le tolleranze ottenibili, i tassi di accumulo e le velocità di produzione. Sebbene il processo a letto di polvere offra una maggiore precisione, la saldatura a deposizione laser è più facile da integrare nelle macchine utensili ibride. Questo consente di combinare processi additivi e sottrattivi in un'unica configurazione, il che rappresenta un vantaggio decisivo in termini di produttività. Tuttavia, entrambi i processi hanno i loro meriti in settori diversi.
Diverse applicazioni industriali: dall'aerospaziale alla tecnologia medica
La libertà di progettazione offerta dalla stampa 3D è particolarmente vantaggiosa quando è richiesta la massima precisione in uno spazio minimo, come nei settori aerospaziale e della tecnologia medica. Le macchine DED si sono affermate da tempo nella costruzione di stampi e nell'industria aerospaziale. La saldatura a deposizione laser consente di riparare e mantenere in modo rapido ed economico i componenti danneggiati. A sua volta, la tecnologia medica utilizza il processo a letto di polvere per produrre impianti personalizzati, come protesi dentali o articolari, che vengono adattati con precisione al paziente.
I segreti del successo della produzione additiva
Rispetto ai processi convenzionali, la produzione additiva offre un modo completamente nuovo di progettare e produrre oggetti. Offre opportunità rilevanti per ricambi, design complessi e produzioni su scala ridotta. Un'altra area di applicazione della stampa 3D, sia oggi che in futuro, è rappresentata dagli scenari che portano a un significativo miglioramento delle proprietà dei prodotti. L'ottimizzazione della topologia, ad esempio, può migliorare notevolmente le proprietà di un componente. Le strutture fabbricate in modo additivo (bioniche) possono ridurre il peso mantenendo la stabilità. I processi di fabbricazione additiva offrono particolari vantaggi quando i componenti devono soddisfare requisiti elevati o molto specifici. Una catena di processo continua che combina la "stampa 3D metallica" con una post-elaborazione mirata è spesso più economica dei processi convenzionali.
Produzione additiva significa pensiero additivo
Per sfruttare appieno il suo potenziale per i componenti, la produzione additiva richiede un ripensamento fin dalla fase di sviluppo del prodotto. La sfida sta nell'applicazione pratica della tecnologia e nell'identificazione del suo potenziale all'interno di uno spettro specifico. Questo richiede una conoscenza approfondita dei vari processi additivi e delle loro capacità, nonché un approccio integrativo. Per cogliere il potenziale della produzione additiva, è ideale affidarsi a consulenze e analisi professionali. In questo modo, possono valutare quali componenti ottimizzare in termini di funzione, peso, utilizzo dei materiali e costi di produzione attraverso la stampa 3D.
Nonostante la sua natura innovativa, la stampa 3D non sostituirà le tecnologie di lavorazione tradizionali, ma le integrerà nelle aree in cui i suoi punti di forza sono evidenti. Offre vantaggi unici, in particolare per le geometrie complesse, i lotti di piccole dimensioni o l'integrazione di nuove funzioni. È in corso la valutazione dello sviluppo della produzione generativa in un’ampia gamma di settori e della sua applicazione a nuovi modelli di business. Risulta, quindi, chiaro che la stampa 3D può rappresentare un’opportunità enorme, se adottata in maniera pianificata e orientata al futuro.
Dalla polvere ai componenti di precisione
Dal 2013, DMG MORI supporta i propri clienti con processi integrati di produzione additiva. L'azienda ha iniziato con il rivestimento laser utilizzando il LASERTEC DED e LASERTEC DED ibrido serie. Grazie a LASERTEC SLM, la gamma di prodotti del produttore di macchine utensili comprende ora anche i processi a letto di polvere. In qualità di leader mondiale nella produzione di macchine utensili, DMG MORI combina i processi additivi con una gamma completa di soluzioni di lavorazione ad alte prestazioni per offrire un'integrazione tecnologica senza precedenti. La piattaforma software CELOS garantisce un funzionamento coerente e semplice, indipendentemente dalla tecnologia utilizzata.
Competenza e leadership globale: i centri di eccellenza DMG MORI
DMG MORI offre formazione ai propri clienti nei propri Centri Tecnologici anche prima dell'implementazione delle catene di processi additivi. Qui, aziende e professionisti possono approfondire la stampa 3D metallica, la lavorazione convenzionale e le modalità per integrare i due processi. L’obiettivo è sviluppare soluzioni produttive ottimali, capaci di ridurre i costi e garantire una qualità superiore.
Quattro catene di processi additivi per la stampa 3D industriale
Sulla base del suo ampio portafoglio nella produzione additiva e nella tecnologia CNC, DMG MORI offre quattro catene di processi additivi per soddisfare una vasta gamma di requisiti:
- Letto di polvere più lavorazione: I pezzi vengono costruiti su LASERTEC SLM e poi lavorati per produrre componenti fabbricati in modo additivo con la massima precisione.
- Lavorazione più letto di polvere: Il corpo base delle teste di fresatura, ad esempio, viene prodotto con metodi convenzionali. Segue il complesso assemblaggio dell'utensile, compresi i canali di raffreddamento interni.
- Ugello a polvere e lavorazione di finitura: Il LASERTEC 65 DED è in grado di produrre componenti sofisticati per applicazioni multimateriale con dimensioni massime di 650 x 560 mm senza la necessità di contorni di supporto. Durante la finitura su un centro di lavoro universale, le superfici piane e le filettature vengono rifinite con la precisione richiesta.
- Macchine ibride DED: Queste macchine consentono di passare dalla produzione additiva con un ugello di polvere alla lavorazione simultanea a 5 assi o alla lavorazione completa su 6 lati per pezzi e componenti ancora più complessi fino a Ø 1.010 x 3.702 mm.
DMG MORI definisce il futuro della produzione additiva
Combinando la produzione additiva, la lavorazione ibrida e il controllo intelligente dei processi, DMG MORI sta creando soluzioni tecnologicamente ed economicamente all'avanguardia. Grazie alla sua competenza tecnologica e alle soluzioni intelligenti di integrazione dei processi, l'azienda svolge un ruolo decisivo nel futuro della stampa 3D industriale.