Il white paper Velo3D spiega come la stampa 3D in metallo sta trasformando la produzione di utensili

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Mentre la produzione additiva (AM) passa da un volume ridotto a una produzione su larga scala, sono aumentate le speculazioni su quanto tempo ci vorrà prima che l’AM sia pronta per l’uso nella produzione di massa. Ciò è particolarmente vero per quanto riguarda l’AM in metallo, considerando il suo potenziale per razionalizzare la produzione dei componenti più complessi nei prodotti di maggior valore dell’industria pesante.

Sebbene le prestazioni di alcuni sistemi AM metallici esistenti rimangano frammentate, rendendo difficile la standardizzazione, i progressi complessivi nella qualificazione dei materiali metallici per le applicazioni AM sono aumentati in modo significativo negli ultimi anni. Una società responsabile della commercializzazione di tale progresso, Velo3D, ha recentemente pubblicato un libro bianco che illustra il reale impatto che l’AM può avere sugli utensili automobilistici: un ingresso indiretto nel mercato della produzione di massa.

Ciò può essere visto in un’ampia gamma di contesti, sebbene il focus del white paper di Velo3D – gli inserti per pressofusione – sia un’area particolarmente matura per l’AM in metallo. Un post futuro illustrerà come la soluzione AM in metallo completamente integrata di Velo3D, in particolare, è ottimizzata per affrontare la sfida della stampa di inserti in metallo pressofuso. Qui inizierò a spiegare come l'AM in metallo si sta armonizzando con i metodi di produzione convenzionali per accelerare il processo di pressofusione nella produzione di massa automobilistica.

Il white paper, intitolato “How Additive Manufacturing is Transforming Tooling”, introduce l’argomento centrale con il termine “produzione convenzionale abilitata all’AM”. Anche se non avevo familiarità con la frase, ho subito capito il concetto a cui si riferisce, dato il crescente utilizzo della stampa 3D per tale scopo, soprattutto in settori come quello aerospaziale, energetico e automobilistico. Il punto è che utilizzando l’AM per produrre componenti di utensili, le operazioni di produzione possono sia accelerare la produzione di parti di uso finale, sia implementare caratteristiche di progettazione e prestazioni che sarebbero impossibili con i metodi tradizionali.

La pressofusione prevede il versamento del metallo fuso in due stampi ("stampi") e l'attesa che il metallo si raffreddi completamente. Quando la parte si raffredda e quindi si solidifica, i perni espellono il prodotto finito. Questo aspetto, ovvero il metallo completamente raffreddato, è la chiave dell'intero processo e, affinché avvenga alla velocità richiesta per la produzione di massa, gli inserti pressofusi tendono a utilizzare, come parte della loro progettazione, canali di raffreddamento, nei quali viene iniettato il refrigerante, per accelerare l’abbassamento della temperatura e la solidificazione.

Poiché il metallo può essere espulso solo dopo che ogni sezione del pezzo è solida, l'ultima sezione a raffreddarsi ritarda l'intera operazione. Secondo Velo3D, l’attesa che l’inserto pressofuso si raffreddi rappresenta circa il 70% del tempo di produzione di una parte pressofusa. Questa, quindi, è chiaramente la fase su cui bisogna puntare per accelerare il processo di produzione, e anche il più piccolo guadagno misurabile potrebbe alla fine avere un impatto aggregato. Ciò spiega perché l’ottimizzazione dei canali di raffreddamento è così singolarmente importante.

Tuttavia, esiste un limite rigido a quanto si può fare su questo fronte con i metodi di produzione convenzionali. I canali di raffreddamento tradizionali vengono generalmente praticati nello stampo in linea retta con intersezioni a 90 gradi. Ciò limita le opzioni geometriche per fornire il fluido di raffreddamento e crea siti di innesco di crepe nelle intersezioni.

Metal AM risolve entrambi i problemi: è possibile stampare canali di raffreddamento all'interno della struttura degli inserti pressofusi che possono poi essere aggiunti alle aree di saldatura dello stampo più grandi con tempi di raffreddamento più lunghi con una sezione in grado di portare il refrigerante al punto ottimale. Possono essere progettati in forme che consentono al refrigerante di raggiungere aree di una parte che impiegano più tempo a solidificarsi o sezioni in cui è fondamentale mantenere le proprietà del materiale. Questi sono noti come "canali di raffreddamento conformi" e rappresentano una delle grandi storie di successo dell'ingresso di AM nel panorama delle parti di uso finale.

Allo stesso tempo, non tutte le piattaforme AM in metallo sono in grado di gestire questo compito, anche se alcune sono perfettamente adatte a questo. In particolare, Velo3D Sapphire XC, supportato dalle piattaforme software proprietarie completamente integrate dell'azienda, è proprio la macchina per questo lavoro. Ancora una volta, ciò verrà spiegato in un post futuro, ma chiunque sia interessato a scoprirlo da solo può scaricare il white paper qui.