Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
36– Additive Manufacturing - Coggle Diagram
36– Additive Manufacturing
1.Cos’è l’Additive Manufacturing …
“Processi di produzione che impiegano una tecnica additiva in cui strati o unità successivi vengono costruiti per formare un modello”
• ISO standard (ISO 52900
combinazione di materiale layer per layer
• Freeform Fabrication:
produrre forme complesse
• Automated Fabrication: (1990)
uso di automazione ( CNC)
• Layer-Based Manufacturing:
come viene fabbricato il pezzo – in contrasto con le tecniche sottrattive (convenzionali)
• 3D Printing ricercatori del MIT (ink-jet printing technology) o Stereolithography specifiche macchine della 3D-System, entrambe riferiscono a tecnologie 2D estese al 3D
rappresenta:
• Rapid Prototyping (RP)
intende
• processo per creare rapidamente una rappresentazione del prodotto prima della produzione
• ma in essa rientrano:
• Produzione di un prototipo fisico o virtuale
• Soluzioni di business o sviluppo di software
• Tutte le tecnologie che possono produrre un prototipo fisico da modello digitale
• popolarmente definito 3D Printing
chiave del processo è il
LAYER
meccanismo del processo è il
BUILT UP
Introduzione all’additive manufacturing
L’uso dei Layer
• Key factor dei processi uso di layer come sezioni definite 2D del modello 3D
• Uso di layer come:
Cartografi che usano linee costanti per rappresentare altezze
Isobare o Isoterme come rappresentazioni 3D di proprietà fisiche
Rappresentazioni architettoniche di landscape o aree
per chi costruisce edifici
Classificazione dei processi AM
o In un sistema di produzione additivo (come nei subtractive) devono essere presenti quattro
elementi:
• Materiale: resine, materiali flessibili, cercamici, polveri, lastre, metalli e materiali difficili
• Energia: calore, resistenza elettrica, fascio elettroni, fascio laser, energia chimica (adesivi, reagenti), luce UV, energia meccanica, sistemi di taglio
• Macchina e utensile: vasche, contenitori, teste di deposizione, teste di estrusione,sistemi industriali, iniettori
• Tecnologia (know-how): concettuale, sperimentale, disponibile a centri di ricerca,disponibile a livello commerciale
• Vari modi di classificare i processi AM, in base a:
Tecnologia di processo (laser, stampa, estrusione …)
Tipo di materiale vergine in input
• Secondo tali classificazioni:
si accomunano processi diversi
se ne separano altri che hanno risultati simili
• Un metodo di classificazione interessante (Pham et.al) è un modello 2D:
• 1° dimensione: metodi di costruzione dei layer
• 2°dimensione: tipo di materiale vergine in input
Materiali nell’additive manufacturing
o Polimeri liquidi:
Problemi di manipolazione
(materiali vergini)
RIUTILIZZO
materiali in eccesso - contaminati
SHELF-LIFE
razioni chimiche o degradazione
ESPOSIZIONE E SICUREZZA
luce, umidità,... manipolazione
• Basati su polimeri liquidi che vengono curati/gelificati con diversi metodi a creare i layer
• Sistemi molto diffusi principalmente fotopolimeri
• Alcuni sistemi usano hydrogel
o Particelle discrete
• Basati su polveri con forma e distribuzione delle dimensioni in range ristretti
• Materiali polveri sono molteplici: polimeri, metalli, ceramici
• Particelle più fini:
• Migliori i risultati
• Problemi di controllo dispersione e distribuzione
• Sistemi di processo:
• Portano a fusione la polvere o parte di essa (fuse e rifuse per permettere
adesione tra layer)
• Incollano le particelle con altri materiali (binders)
Problemi di manipolazione
shelf-life
additivi e condizioni di stoccagio ( T, RH, ecc)
medicalmente inerte
posto di lavoro scivoloso, contaminare meccanismi, pericoli respiratori
riutilizzo
polveri non utilizzate setacciate e ispezionate ( contaminanti , aggregati)
o Molten material:
• Basati si sistema di preriscaldamento che porta il materiale al punto di fusione e poi
fluire nel sistema di deposizione
• Materiali usati:
• termoplastici
• cera
• materiali con punti di fusione bassi
• Sistemi di deposizione:
• Basati su estrusione
• Basati su sistemi a gocce
• Problematiche:
• Tolleranze nei diametri dei fili per processi con estrusione (variazioni dimensionali causano slittamenti)
• Adeguata ottimizzazione dei parametri di processo a causa della grande varietà di formulazioni disponibili
o Solid sheet:
• Basati su taglio di profili di materiali laminati tra loro incollati
• Materiali usati: carta, legno, polimeri
• Sistemi di taglio e deposizione: basati su cutter o laser e collanti o resine termoattivabili
Macchine nell’additive manufacturing
o Differenze tra macchine AM
• Lo spessore nominale del layer per la maggior parte delle macchine è circa 0.1 mm
• Spessore layer di macchine di estrusione è sui 0.254 mm
• Processi di fotopolimerizzazione layer tra 0.05 e 0.1 mm
• Tecnologie jetting possono layer fino a 0.01 mm
• Alcune tecnologie capacità di variare spessore del layer (spessori maggiori minori tempi di building)
• Elevati livelli di dettaglio possono causare problemi ad alcune tipologie di macchine
AM:
• Dimensioni finite delle gocce (jetting)
• Diametro fascio laser
• Testa di estrusione
• Uso di materiali differenti influenza:
• Tempi
• Risorse
• Skill
• Post-processing
• Sistemi basati su fotopolimeri:
• Utilizzano fotopolimeri come materiali di base
• Richiedono strutture di supporto
• Accuratezza molto buona, spessore layer molto sottile, molto preciso
• Fotopolimeri non hanno buone proprietà sviluppo di nuove resine con proprietà migliorate (resistenza T, resistenza meccanica, duttilità)
• Maggiore problematica: rapida degradazione
• Sistemi basati su polveri:
• Non c’è necessità di supporti (eccezione metalli)
• Sistema di build up più semplice
• Molto materiale inutilizzato (da ritrattare prima di riutilizzarlo)
• Problemi su quantità di polvere distribuite per layer (su parti molto alte), controllo temperatura e sistema alimentazione polveri
• Sistemi con fusione del materiale:
• Richiedono strutture di supporto
• Supporti creati automaticamente ottimizzazione supporti
• Supporti idrosolubili o da rimuovere
• Importanti i fill patterns delle strutture (estrusione)
• Finitura scarsa (estrusione)
• Sistemi con fogli solidi
• Fogli laminati posizionati e poi tagliati (no supporti)
• Materiale in eccesso (ridurre sprechi)
• Pulizia molto laboriosa (particolare attenzione nella rimozione eccesso materiale)
• Sistemi variano a seconda del materiale:
• Sistemi con carta soggetti a rotture da manipolazione
• Sistemi con polimero poco sensibili a rottura
• Sistemi con metalli tagliati prima e poi posizionati (no supporti da
rimuovere)
o Sistemi per metalli:
• Sistemi a base di materiali metallici si differenziano dai sistemi con polimeri:
• Uso di substrati:
• Sistemi metallici usano platform o substrati per il build
• Necessari per alti gradienti termici tra fuso e materiale circostante (stress residui)
• Necessari per evitare deformazioni deposizione degli strati successivi
• Spesso supporti comunque necessari (anche se sistema a letto di polvere)
• Densità di energia:
• Richiedono densità di energie più elevate
• Le elevate temperature impongono sistemi più complessi con:
o schermature
o isolanti
o controllo di temperatura
o controllo dell’atmosfera
• Peso:
• Possono processare metalli a densità differente
• Sistemi di manipolazione (in grado di gestire le masse): potenze richieste per
posizionamenti e gestione materiale devono essere adeguati
• Precisione
• Sistemi precisi almeno come quelli che gestiscono polimeri
• Finitura granulosa (Ra= 10-200 µm), ma densità e precisione molto elevati
• Post processing necessario surface finishing
• Densità molto elevate (>99%)
• Velocità:
• Velocità di build più lente (sistemi più pesanti, temp. Fusione più elevate)