Il jetting con legante metallico è una tecnologia avanzata di produzione additiva che sta guadagnando terreno nell'industria manifatturiera grazie alla sua capacità di creare parti metalliche complesse e precise. A differenza di altri metodi di stampa 3D del metallo, come la fusione laser selettiva (SLM) o la fusione a fascio elettronico (EBM), dove la polvere di metallo viene fusa strato per strato da una fonte di calore, il jetting con legante metallico utilizza un legante per legare la polvere di metallo. Uno dei principali vantaggi del jetting con legante metallico è la sua velocità. Poiché il legante viene applicato all'intero letto di polvere tramite un'ampia testina di stampa, il processo è molto più veloce rispetto a tecniche come SLM o EBM, dove la fonte di energia deve muoversi passo dopo passo sul letto di polvere. Inoltre, il Metal Binder Jetting consente una maggiore libertà e flessibilità di progettazione, in quanto permette di realizzare geometrie più complesse, senza la necessità di strutture di supporto spesso richieste con SLM ed EBM. Inoltre, è in grado di creare parti con strutture interne o componenti difficili da lavorare con i metodi tradizionali e altri metodi di produzione additiva.
Nonostante la sua apparente semplicità, il jetting del legante metallico rappresenta un progresso significativo nella tecnologia di produzione ed espande le possibilità in molti settori.
Il processo di stampa
Preparazione del modello CAD
Il processo inizia con un modello 3D digitale, che viene creato in un programma CAD (computer-aided design). Questo modello viene poi suddiviso in strati molto sottili, di solito tra i 20 e i 100 micrometri di spessore, per fornire alla stampante una guida.
Rivestimento a polvere
La stampante inizia il processo applicando un sottile strato di polvere metallica sulla piattaforma di costruzione. Lo spessore dello strato corrisponde allo spessore dei dischi nel modello digitale.
Applicazione del legante
Successivamente, una testina di stampa si sposta sullo strato di polvere ed espelle selettivamente un agente legante liquido. Questo legante 'incolla' le particelle metalliche tra loro secondo il modello specificato dal modello CAD. Le aree in cui non viene applicato il legante rimangono come polvere sciolta.
Processo strato per strato
La piattaforma di costruzione si abbassa quindi di uno spessore di strato e viene applicato un nuovo strato di polvere metallica. La testina di stampa applica il legante al nuovo strato e lo unisce allo strato sottostante. Questo processo viene ripetuto strato per strato, fino alla stampa dell'intero pezzo.
Perfezionamento del processo MBJ per ottenere la massima efficienza.
Nella stampa 3D in metallo convenzionale, i metodi di getto di legante spesso richiedono passaggi separati per l'applicazione della polvere e del legante. In questo processo, uno strato di polvere metallica viene cosparso su una piattaforma di costruzione e poi la testina di stampa viene spostata sulla polvere per depositare selettivamente il legante. Questa deposizione selettiva fonde insieme le particelle di polvere metallica per formare il design del pezzo.
Tuttavia, i recenti progressi tecnologici hanno portato a un ulteriore sviluppo di questo approccio. Tecnologie innovative come il Single Pass Jetting (SPJ) del produttore Desktop Metal hanno aumentato in modo significativo la velocità e l'efficienza della stampa 3D di parti in metallo. Con questa tecnica, la polvere e il legante vengono applicati contemporaneamente in un unico passaggio, creando un processo più snello.
Una caratteristica chiave del processo SPJ è l'uso di un rullo controrotante che distribuisce e compatta la polvere metallica sulla piattaforma di costruzione. Mentre il rullo svolge il suo lavoro, la testina di stampa si muove nella direzione opposta, provocando l'applicazione del legante e la fusione delle particelle di polvere metallica.
Oltre a queste innovazioni, alcune stampanti 3D moderne dispongono di un meccanismo di asciugatura integrato nella testina di stampa. Questo meccanismo asciuga il legante subito dopo l'applicazione, rafforzando la parte "verde" risultante e garantendo un'eccezionale precisione dimensionale.
Tecnologie come SPJ hanno spinto i confini di ciò che è possibile fare nella stampa 3D in metallo, consentendo velocità di stampa bidimensionali (2D) fino a 12.000 cm²/s. Questo miglioramento rappresenta un salto significativo rispetto ai processi tradizionali di binder jetting e consente la produzione di massa di parti metalliche complesse e di alta qualità in modo più rapido ed efficiente che mai.
Post-elaborazione
Dopo il processo di stampa, il pezzo "verde" passa attraverso fasi critiche di post-elaborazione, tra cui il debinding e la sinterizzazione. Durante il deceraggio, la parte "verde" viene riscaldata per rimuovere gradualmente la maggior parte del legante, ottenendo una parte "marrone" più solida ma un po' porosa. Questa parte "marrone" viene poi inviata alla sinterizzazione, dove viene riscaldata fino a poco meno del punto di fusione della polvere metallica. Questo calore fa sì che le particelle metalliche si uniscano, compattando ulteriormente il pezzo e aumentandone la resistenza.
Le stampanti 3D Binder Jetting di alcuni produttori, come Desktop Metal, utilizzano un software sofisticato per garantire un processo di sinterizzazione di successo. Questo software prevede il ritiro e la deformazione del pezzo durante la sinterizzazione e lo compensa durante il processo di stampa. Questa compensazione, nota come "pre-distorsione", consente al pezzo di raggiungere le dimensioni finali corrette dopo la sinterizzazione, nonostante le alte temperature e i cambiamenti strutturali associati.
Il risultato di questi passaggi è una parte metallica solida che conserva gli intricati dettagli stampati in 3D, mantenendo un'eccellente durata e risoluzione. Dall'aerospaziale al medicale, fino all'automotive, queste parti di alta qualità evidenziano il potenziale innovativo del binder jetting nella stampa 3D del metallo.
Materiali nel getto di legante metallico
La scelta dei materiali per il getto di legante metallico è di importanza cruciale e determina in larga misura le proprietà e le possibilità di applicazione dei pezzi finiti. In termini di compatibilità, questa tecnologia può essere utilizzata per un'ampia gamma di metalli e leghe.
L'acciaio inox è ampiamente utilizzato grazie alla sua robustezza, alla resistenza alla corrosione e al prezzo favorevole. Queste proprietà rendono l'acciaio inossidabile una scelta eccellente per un'ampia gamma di applicazioni, dai componenti automobilistici agli elettrodomestici da cucina.
Anche gli acciai per utensili, noti per la loro durezza e resistenza all'usura, sono spesso utilizzati. Sono particolarmente utili per la produzione di stampi, matrici e utensili da taglio.
Anche le leghe a base di nichel, come l'Inconel, sono utilizzate nel jetting di leganti metallici. Queste leghe sono note per la loro resistenza alle alte temperature e per la loro forza e sono spesso utilizzate in settori esigenti come l'aerospaziale e il settore energetico.
Il titanio e le sue leghe, apprezzate per l'eccellente rapporto forza-peso e la biocompatibilità, sono anche compatibili con il processo di jetting del legante metallico. Sono tipicamente utilizzati nell'industria aerospaziale, medica e dentale.
La capacità di lavorare con questi diversi materiali è un vantaggio chiave del jetting di leganti metallici. Selezionando il materiale giusto, i produttori possono produrre pezzi che soddisfano specifici requisiti di forza, peso, resistenza alla temperatura o biocompatibilità. Questa flessibilità dei materiali, unita alla capacità di produrre geometrie complesse, consolida la posizione del Metal Binder Jetting come strumento potente in una varietà di settori. Che sia nel settore aerospaziale, automobilistico o medico, questa tecnologia continua a ridefinire le possibilità della produzione additiva.
I vantaggi del getto di legante metallico
Ora che abbiamo una comprensione più approfondita del processo, diamo un'occhiata alla miriade di vantaggi che questa tecnologia offre.
Flessibilità nel design
Uno dei vantaggi principali del jetting del legante metallico è probabilmente la libertà di progettazione che offre. I processi di produzione convenzionali possono limitare la complessità e l'intricatezza dei progetti a causa dei vincoli del taglio o della foratura. Tuttavia, poiché il Metal Binder Jetting costruisce i pezzi strato per strato, è possibile realizzare geometrie più complesse, come canali interni, sottosquadri e modelli intricati.
Prototipazione rapida
In un settore in cui la velocità è fondamentale, la capacità di creare prototipi in tempi brevi è preziosa. Il Metal Binder Jetting facilita la prototipazione rapida e consente a progettisti e ingegneri di rivedere e perfezionare i loro progetti in modo rapido ed economico. Questo può abbreviare significativamente il ciclo di sviluppo del prodotto e portare i prodotti sul mercato più rapidamente.
Scalabilità ed efficienza
Il processo di Metal Binder Jetting non è solo efficiente, ma anche scalabile. È in grado di produrre un singolo pezzo unico per ordini personalizzati o migliaia di pezzi identici per la produzione di massa. Il processo è automatizzato, il che riduce il lavoro manuale e minimizza gli sprechi, con conseguente efficienza in termini di costi e di tempo.
Applicazioni del getto di legante metallico
La versatilità e l'efficienza del Metal Binder Jetting è utilizzata in diversi settori industriali, ad esempio nella produzione di sistemi idraulici, nei centri di fresatura e tornitura, nell'industria aerospaziale e nell'ingegneria meccanica.
Nell'industria idraulica
Il Metal Binder Jetting è di grande utilità nell'industria idraulica. La capacità della tecnologia di produrre geometrie complesse con alta precisione aiuta nella produzione di componenti idraulici complessi come valvole, pompe e cilindri. Questi componenti possono essere dotati di canali e strutture interne, il che aumenta l'efficienza e la funzionalità.
Nei centri di fresatura e di tornitura
I centri di fresatura e di tornitura richiedono pezzi di precisione per garantire prestazioni ottimali. Il Metal Binder Jetting soddisfa questo requisito, offrendo pezzi ad alta risoluzione con specifiche esatte. La capacità di creare geometrie e strutture interne complesse consente di migliorare il design e le prestazioni dei componenti utilizzati in questi centri.
Nell'industria aerospaziale
L'industria aerospaziale attribuisce grande importanza a componenti leggeri, resistenti e complessi, cosa in cui il Metal Binder Jetting eccelle. Componenti come le pale delle turbine, gli ugelli del carburante e altre parti importanti possono essere resi più leggeri e più efficienti dal punto di vista del carburante. Questo porta a un miglioramento delle prestazioni complessive e a un risparmio sui costi nell'industria aerospaziale.
Nell'ingegneria meccanica
Il Metal Binder Jetting si sta rivelando particolarmente vantaggioso nell'ingegneria meccanica, grazie alla sua scalabilità e velocità. Che si tratti della produzione di pezzi personalizzati per macchine specifiche o della produzione di grandi quantità di pezzi identici per la produzione in serie, il Metal Binder Jetting è in grado di gestirli in modo efficiente. Ciò contribuisce a cicli di produzione più rapidi e a una maggiore efficienza dei costi.
Con queste applicazioni specifiche nei suoi mercati target principali, il Metal Binder Jetting può davvero rivoluzionare i suoi processi produttivi, migliorare la qualità dei prodotti e contribuire alla crescita del business.
Restrizioni
Sebbene la tecnologia possa essere utilizzata per una varietà di metalli, ha anche dei limiti. Non tutti i metalli possono essere lavorati con il getto di legante metallico e alcuni materiali potrebbero non raggiungere le stesse proprietà meccaniche di quelli prodotti con metodi convenzionali.
Conclusione
Nel mondo della produzione, il jetting del legante metallico si è ritagliato una nicchia con le sue capacità uniche e l'ampia gamma di applicazioni. È una tecnologia che offre una libertà di progettazione, una prototipazione rapida e un'efficienza senza pari. Anche se questa tecnologia presenta sfide e limitazioni, aziende come Desktop Metal stanno sviluppando soluzioni innovative per superarle. Il Metal Binder Jetting è una tecnologia promettente che può contribuire a plasmare il futuro della produzione.
