Con l’aumento del ricorso alla stampa 3D industriale, vi sono sempre più richieste di far produrre pezzi con questa tecnologia, non sempre però risulta la soluzione ideale. Vi sono infatti molteplici fattori da tenere in considerazione quando si parla di stampa 3D e produzione di pezzi funzionali. Eccone alcuni.
Il primo fra tutti riguarda il mantra che ha accompagnato la nascita e sta spingendo la diffusione della stampa 3D: con la stampa 3D si può fare tutto. Ni. Vero che è una tecnologia “disruptive” in quanto stravolge il modo di concepire, progettare e produrre oggetti, prima impensabile; vi sono però dei progetti in cui la stampa 3D è una delle opzioni di produzione, ma non ancora la migliore.
Da CNC a DMLS.
Solo a pronunciarla, la stampa 3D dona un’aurea di innovazione e avanguardia: non a caso succede spesso che molti chiedono di stampare in 3D un pezzo che fin qui si è prodotto con altre tecnologie, come la lavorazione meccanica (o CNC), senza prestare la dovuta attenzione alle conseguenze.
Farsi delle domande: primo passo di un buon progetto
Visto che voglio utilizzare la stampa 3D, sarà opportuno porsi delle domande e cercare le risposte così da non incorrere nei cosidetti extracosti, come la sforatura del budget o il non rispetto della timeline. Sarà opportuno chiedersi: quali sono gli aspetti da considerare nel design dei pezzi prodotti in CNC e in DMLS (Direct Metal Laser Sintering, Sinterizzazione laser dei metalli)? È la soluzione economicamente più sostenibile? Quanti pezzi devo e dovrò produrre? Quali finiture sono necessarie per ottenere la qualità finale voluta?
Regola aurea.
Prima di tutto, una delle regole auree: il costo della stampa 3D è sempre proporzionale al materiale impiegato, poco importa se quel materiale verrà poi rimosso perché funzionale solo alla “crescita del pezzo”, come ad esempio la struttura di supporto che ne evita l’eventuale collasso durante la fase di produzione. Il progettista che vuole ottimizzare un pezzo per la stampa 3D dovrà quindi minimizzare il consumo di materiale, migliorando la geometria ed il volume non solo del componente, ma anche della struttura di supporto; dovrà in definitiva analizzare la funzionalità richiesta al pezzo e da lì ricostruire la geometria, tenendo in considerazione il materiale indispensabile alla funzionalità richiesta, oltre al tempo, il costo e il tipo di post produzione necessari alla qualità di finitura.
Il nemico necessario.
I supporti sono il “nemico necessario”: pur estendendo il tempo di costruzione e di finitura del pezzo, visto che devono essere rimossi, sono indispensabili alla buona qualità del pezzo. Si possono così riassumere le funzioni dei supporti:
- sostenere i nuovi strati, in particolare se rivolti verso il basso o inclinati a sbalzo
- assorbire e dissipare il calore del processo
- ancorare il pezzo al piatto di costruzione contribuendo alla riduzione delle deformazioni
- mantenere saldi i particolari più delicati durante la sua costruzione e le successive fasi di lavorazione
Un esempio concreto.
Nell’esempio che riportiamo – un pezzo prodotto prima in CNC (figura 1), poi in 3D con un design non ottimizzato (fig. 2) e alla fine dopo il processo di ottimizzazione (fig. 3) il passaggio sostanziale è stato quello di ottimizzare il design del pezzo, per renderlo funzionale ma economicamente sostenibile. Il design così ottenuto è stato in grado di:
- diminuire il volume dell‘80%
- ridurre la proiezione del 12%
- diminuire il volume dei supporti al 5% del volume complessivo, rispetto all’88% del progetto non ottimizzato.
Abbiamo calcolato che l’aver ottimizzato per la stampa 3D il design del pezzo, ha prodotto alcuni notevoli vantaggi:
- ha ridotto il tempo di stampa dell‘84%
- ha aumentato il numero di unità contemporaneamente prodotte (in macchina) di più del 100%
- ha ridotto il tempo di finitura dell‘80%
- ha ridotto il costo unitario del 75%
In definitiva le due tecnologie risultano alternative l’una dall’altra nella fase di produzione del pezzo, ma sono complementari se si tiene in considerazione come la CNC sia comunque la tecnologia necessaria nella post produzione dopo la DMLS, come per la rimozione dei supporti o la finitura superficiale.
Per i progettisti e i designer che necessitano di avere maggiori dettagli, qui si possono trovare alcune risposte alle domande più frequenti
https://www.protolabs.it/risorse/suggerimenti-di-progettazione/dmls-un-alternativa-affidabile/
INFORMAZIONI SU PROTOLABS
Protolabs è il produttore più rapido al mondo di prototipi customizzati e pezzi di serie in volumi ridotti realizzati mediante tecnologie digitali. Protolabs si avvale di sistemi altamente tecnologici impiegando processi avanzati di stampa 3D, lavorazione CNC e stampaggio a iniezione per fabbricare i pezzi in pochi giorni. Il risultato è una rapidità di immissione sul mercato eccezionale a disposizione dei progettisti e degli ingegneri di tutto il mondo.
Aspetti:
- Un sistema automatico di elaborazione dei preventivi e un software proprietario traducono i modelli CAD 3D in istruzioni per macchinari di produzione ad alta velocità, permettendo di ottenere pezzi pronti per la consegna nel giro di 15 giorni al massimo.
- L’azienda offre tre servizi di punta: stampaggio a iniezione, lavorazione CNC e stampa 3D (produzione additiva).
- Lo stampaggio a iniezione viene utilizzato per la prototipazione rapida, l’utensileria di raccordo e la produzione di volumi ridotti (fino a 10.000+ pezzi) così come per i pezzi giunti a fine vita utile, da realizzare in bassi volumi. È possibile scegliere tra oltre 100 materiali tra resine termoplastiche e gomme siliconiche liquide.
- Protolabs si serve della fresatura a tre e cinque assi e della tornitura per realizzare prototipi in metallo o materiale plastico e pezzi funzionali destinati all’utenza finale in volumi inferiori a 200 pezzi.
- La produzione additiva sfrutta tecnologie avanzate di stampa 3D in grado di creare prototipi estremamente precisi con geometrie complesse e consente di ottenere pezzi in una vasta gamma di metalli e materiali plastici attraverso processi di stereolitografia, sinterizzazione laser selettiva, sinterizzazione laser diretta dei metalli, Multi Jet Fusion e PolyJet. Ogni pezzo può ulteriormente essere rifinito per rispondere a particolari esigenze estetiche.
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