In sintesi: la Fusione a Letto di Polvere (PBF) Stratasys SAF™ utilizza un agente assorbente a infrarossi e calore per fondere la polvere polimerica in parti isotropiche e ad alta precisione, offrendo un nesting efficiente, cicli rapidi, materiali riciclabili e una produzione scalabile nei settori Aerospaziale, automobilistico, sanitario e altri ancora.
Se pensi che l'argomento della Stampa 3D sia confuso o complesso, non sei il solo. Ci sono molti aspetti da considerare. Tuttavia, più approfondisci l'argomento, più chiaro ti apparirà. Un buon punto di partenza è familiarizzare con le diverse tecnologie di Produzione Additiva (AM) - i metodi di Stampa 3D - esistenti sul mercato. Per aiutarti a raggiungere questo obiettivo, questo post esamina più da vicino una di queste tecnologie, la fusione a letto di polvere, in modo che tu possa capire meglio come viene utilizzata, dove si applica e quando prenderla in considerazione.
La Stampa 3D con fusione a letto di polvere è un processo di Produzione Additiva che fonde selettivamente e fonde il materiale in polvere strato per strato utilizzando una fonte di energia ad alta intensità come un laser o un fascio di elettroni, creando oggetti tridimensionali. Il metodo costruisce parti da un letto di materiale finemente polverizzato sulla base di un progetto digitale. La polvere inutilizzata che circonda ogni parte funge da supporto naturale, consentendo la creazione di geometrie complesse senza la necessità di impalcature aggiuntive (ad eccezione del metallo).
Il processo di fusione a letto di polvere è suddiviso in diverse categorie generali differenziate in base al metodo di riscaldamento utilizzato:
Ogni approccio condivide il principio fondamentale di costruire parti da un letto di polvere, ma il meccanismo di fusione e i materiali adatti variano, influenzando i loro casi d'uso ideali. Sebbene il metallo rappresenti una percentuale elevata della quota di mercato del PBF, questo post del blog si concentrerà specificamente sulla Stampa 3D PBF dei polimeri.
Il processo di fusione a letto di polvere può essere suddiviso in una serie di passaggi precisi. Innanzitutto, uno strato sottile di polvere preriscaldata viene distribuito sul Piatto di costruzione. Quindi, una fonte di energia termica fonde selettivamente la polvere in base alla sezione trasversale del modello digitale. Una volta fuso uno strato, il Piatto di costruzione si abbassa leggermente e viene aggiunto e fuso un nuovo strato di polvere preriscaldata.
Questo approccio strato per strato continua fino alla completa formazione dei pezzi. Una volta completata la costruzione, i pezzi si raffreddano nel letto di polvere. Dopo il raffreddamento, la polvere residua viene rimossa, spesso per essere riutilizzata in stampe future. A seconda dei requisiti di progettazione, possono essere necessarie ulteriori fasi di Post-processo come la sabbiatura, la tintura o la levigatura a vapore.
Un aspetto che influisce sui materiali di fusione a letto di polvere è il loro eventuale degrado. L'esposizione al processo di stampa deteriora le proprietà termiche del materiale. Di conseguenza, il processo di fusione a letto di polvere richiede che la polvere utilizzata venga rinfrescata con una miscela di polvere nuova, la cui quantità dipende dalle capacità della specifica tecnologia di fusione a letto di polvere e della stampante utilizzata. La polvere inutilizzabile diventa un sottoprodotto di scarto del processo.
Come altre forme di Stampa 3D, il processo PBF offre una libertà di progettazione quasi illimitata, oltre a efficienze in termini di tempo e costi rispetto ai metodi di produzione tradizionali. Tuttavia, ci sono alcune caratteristiche che lo distinguono dagli altri metodi di Produzione Additiva:
Un altro vantaggio della Stampa 3D a letto di polvere, talvolta trascurato, è la sua capacità di produrre pezzi quasi isotropici, ovvero con proprietà meccaniche costanti in tutte le direzioni. Ciò è vantaggioso per i componenti funzionali critici che sopportano carichi. Al contrario, alcuni altri processi di produzione additiva creano parti anisotropiche in cui caratteristiche come la resistenza differiscono tra gli assi di costruzione. Ciò crea una variabilità nelle proprietà meccaniche della geometria del pezzo, che risulta più resistente in una direzione e meno resistente in un'altra.
A differenza di molti processi di Stampa 3D, i pezzi PBF in polimero sono realizzati con materiali termoplastici intrinsecamente riciclabili, rendendo i processi più sostenibili, aspetto particolarmente importante con l'espansione della Stampa 3D nella produzione di massa.
Grazie ai vantaggi offerti dalla stampa a letto di polvere, questa tecnologia trova applicazione praticamente in qualsiasi settore industriale coinvolto in qualche forma di produzione.
Nonostante i suoi punti di forza, la Stampa 3D con fusione a letto di polvere presenta alcuni aspetti che richiedono un'attenta valutazione.
Il costo delle attrezzature è uno dei più elevati tra le tecnologie additive.
Le opzioni di materiali sono in espansione, ma altre tecnologie AM polimeriche offrono più opzioni.
A seconda delle applicazioni, altre forme di AM come le tecnologie FDM®, PolyJet™ o P3™ DLP potrebbero essere più adatte, poiché non presentano le stesse considerazioni relative alle strutture e all'ambiente. Queste tecnologie offrono anche una gamma più ampia di materiali.
Sebbene la tecnologia additiva PBF esista da circa 40 anni, non è rimasta immutata e i nuovi sviluppi continuano a migliorarne le capacità.
Insieme, queste innovazioni stanno rendendo la fusione a letto di polvere più accessibile, efficiente e potente.
Stratasys applica la propria esperienza nell'AM alla fusione basata su polveri attraverso la tecnologia SAF® Fusione a Assorbimento Selettivo®, attualmente utilizzata sulla stampante 3D a letto di polvere H350™. La tecnologia SAF utilizza un agente assorbente a infrarossi depositato da testine di stampa industriali e lampade a infrarossi per fondere selettivamente polveri polimeriche.
Progettata per ovviare alle carenze delle attuali opzioni PBF polimeriche, l'innovazione alla base della stampante H350 e della tecnologia SAF offre ai produttori diversi vantaggi chiave rispetto alle attuali opzioni PBF presenti sul mercato.
Uno degli obiettivi di progettazione della tecnologia SAF era quello di consentire l'uso della Produzione Additiva in ambienti di produzione, in particolare per parti per uso finale con volumi elevati, riducendo al minimo i costi operativi e semplificando i flussi di lavoro. Ma, cosa ancora più importante, la tecnologia SAF è stata sviluppata per migliorare l'attuale tecnologia PBF dei polimeri.
Alcuni dei punti salienti in cui la stampante 3D H350 e la tecnologia SAF risolvono i punti critici dell'attuale Stampa 3D a letto di polvere includono:
La stampante H350 utilizza una modalità di stampa unidirezionale brevettata rispetto al metodo bidirezionale utilizzato dai sistemi concorrenti. Inoltre, la stampante H350 utilizza una termocamera ad alta risoluzione, 100 volte più precisa rispetto ad altri sistemi. Questa combinazione produce un controllo termico uniforme su tutto il letto di stampa, garantendo parti accurate durante l'intera costruzione e un rendimento elevato.
La stampante H350 raggiunge densità di nesting fino al 43% con uno spreco di materiale praticamente pari a zero. Altri sistemi di fusione a letto di polvere polimerica attualmente disponibili possono raggiungere densità comprese tra il 10% e il 12% circa. La stampante H350 utilizza anche meno materiali di consumo. Questi fattori si combinano per ridurre i costi operativi e aumentare la produttività, abbassando il costo per parte.
Il software GrabCAD Print Pro™ è in grado di generare report di costruzione automatici con tracciabilità dei lavori senza costi aggiuntivi, cosa impossibile con i sistemi concorrenti. Anche le impostazioni di stampa sono personalizzabili, consentendo di regolarle in base alle esigenze per adattarle alle diverse applicazioni.
La stampante H350 ha il costo energetico per chilogrammo di parti stampate più basso della sua categoria, sulla base di test comparativi con la concorrenza. Ha anche un ingombro ridotto, che consente di installare due stampanti nello stesso spazio di un sistema concorrente. Spazi più piccoli equivalgono a una minore necessità di controllo della temperatura e dell'umidità, contribuendo a ridurre l'impronta di carbonio complessiva della tecnologia.
L'accessorio PowderEase™ T1 semplifica la gestione della polvere con la separazione automatica, il recupero dei pezzi e il dosaggio della polvere. Ciò riduce significativamente la manodopera necessaria per la lavorazione dei pezzi dopo la stampa, consentendo ai clienti di concentrarsi su altre attività. Migliora inoltre la sicurezza e l'efficienza sul posto di lavoro riducendo la manipolazione manuale della polvere, limitando l'esposizione alla polvere e recuperando in modo più efficiente la polvere inutilizzata.
Oltre a questi vantaggi, un'innovazione sostenibile di spicco con la tecnologia SAF è SAF ReLife PA12. Questa funzionalità consente di utilizzare la polvere di scarto PA12 utilizzata da SAF e altre tecnologie basate sulla polvere nella stampante 3D H350. Questo approccio eco-consapevole può ridurre le emissioni di carbonio fino al 90%, trasformando efficacemente i rifiuti in valore.
La tecnologia SAF PBF attualmente utilizza tre tipi di polimeri per la fusione a letto di polvere:
Come riferimento, i processi PBF al di fuori della tecnologia SAF possono utilizzare gli stessi materiali oltre ad altri che possono includere:
Se avete notato che la stampa a letto di polvere offre meno materiali rispetto ad altre tecnologie additive, la vostra percezione è corretta. Il motivo principale ha a che fare con le difficoltà che alcuni polimeri presentano nel trasformarli in polvere. Non tutte le plastiche hanno le proprietà termiche equilibrate necessarie per adattarsi alla polverizzazione. Detto questo, i materiali a base di nylon utilizzati con il PBF polimerico sono in grado di coprire molte applicazioni. Inoltre, lo sviluppo di materiali compositi a base di nylon riempiti con carbonio o vetro continua, offrendo più opzioni.
Sebbene Stratasys offra la tecnologia SAF, anche altri processi di fusione a letto di polvere rivestono un ruolo significativo nel panorama dell'additivo.
Ogni tecnologia ha i suoi punti di forza, ma la piattaforma SAF di Stratasys si distingue per la sua efficienza, ripetibilità e convenienza economica.
Nella PPBF, le particelle vengono preriscaldate a una temperatura appena inferiore al loro punto di fusione, quindi viene applicato calore supplementare in modo selettivo per fondere le particelle nelle aree che formeranno i pezzi prodotti; queste particelle si fondono insieme e successivamente si solidificano per formare i pezzi prodotti.
Lo scolorimento è spesso il risultato del degrado termico della polvere, soprattutto quando la polvere riutilizzata è esposta a calore prolungato durante il processo di stampa. Ciò può influire sia sull'estetica che sulle proprietà meccaniche.
Sì, materiali come Rilsan® PA11 sono a base biologica e biocompatibili, il che li rende adatti ad applicazioni mediche come ortesi e protesi. Le varianti PA12 di grado medico sono anche certificate per il contatto con la pelle e per un uso interno limitato.
L'A11 è più duttile, offre una migliore resistenza agli urti e ha un maggiore allungamento a rottura. Il PA12, invece, è più rigido, ha un'eccellente stabilità dimensionale e offre tolleranze più strette.
Dipende dalla tecnologia specifica utilizzata. Ogni ciclo espone la polvere al calore e all'ossigeno, degradandone la struttura chimica e la stampabilità. La maggior parte dei sistemi raccomanda una frequenza di aggiornamento, aggiungendo il 20-50% di polvere vergine, per mantenere la qualità nei lotti riutilizzati. Grazie al delicato controllo termico della tecnologia SAF, tuttavia, è possibile utilizzare tutta la polvere senza generare alcun flusso di rifiuti (oltre alla polvere che si perde nel processo di pulizia).
Gli indicatori comuni includono una scarsa diffusione dello strato, una resistenza non uniforme dei pezzi, una maggiore fragilità e difetti superficiali visibili. L'uso ripetuto porta anche ad un aumento della dimensione delle particelle e all'ossidazione, riducendo le prestazioni di fusione.
No. La polvere non fusa circostante sostiene le sporgenze e le caratteristiche complesse, consentendo la creazione di geometrie intricate senza bisogno di strutture di supporto fisiche. Ciò semplifica la progettazione e il Post-processo.
Sì, il polipropilene, che ha un basso assorbimento di umidità e una buona resistenza chimica, può essere utilizzato per produrre pezzi a tenuta stagna e ermetici.
In qualità di pioniere nella Produzione Additiva, Stratasys ha ridefinito il panorama della Fusione a Letto di Polvere. La tecnologia SAF e la stampante 3D H350 sono state progettate per portare il processo PBF dei polimeri a un nuovo livello di prestazioni che offre ai produttori vantaggi tangibili rispetto allo status quo. L'efficienza in termini di costi, un flusso di lavoro semplificato e le caratteristiche di sostenibilità rendono la tecnologia SAF e la stampante H350 la scelta ottimale per la Stampa 3D con fusione a letto di polvere.
Per ulteriori informazioni, visita la pagina web dedicata alla tecnologia SAF.
Se desideri approfondire la scelta di una tecnologia di Stampa 3D, consulta la nostra Guida all'acquisto. Offre una panoramica completa di ciascuna tecnologia Stratasys, dei casi in cui è più adatta e delle considerazioni da tenere presenti.
