Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
40- Processi Extrusion Based - Coggle Diagram
40- Processi Extrusion Based
Processi EAM e materiali
Processi basati su Estrusione (EAM)
o Attualmente la più popolare sul mercato
o Meccanismo di base: materiale viene fuso ed estruso per formare i layer della parte
• Materiale viene fuso e forzato attraverso un ugello con pressione costante materiale scorre costante (velocità, diametro)
• Materiale in uscita dall’ugello deve essere in uno stato semisolido solidificare rimanendo nella forma e aderire a materiale già estruso
o Esistono tre approcci principali:
Utilizzare la temperatura per controllare lo stato del materiale → materiale fuso fluisce attraverso l’ugello e si unisce agli strati precedenti (approccio più comune)
Utilizzare un cambiamento chimico per causare la solidificazione → curing agent,solvente residuo, reazione in aria, o «dry» di un wet material permette l’incollaggio (per materiali pastosi, applicazioni biochimiche es. cellule)
Utilizzare un binder polimerico che fonde per contenere particelle di materiale che non fondono
Il più comune e noti dei processi è l’FDM
processi EAM
FUSED DEPOSITION MODELING
COMPOSITE EXTRUSION MODELING
o Materiali principali ell’EAM
Termoplastici alte prestazioni (PEEK, PEI)
• PEEK: strength/weight, fire-chemical resistance (costi)
• Materiali sono principalmente:
• Polimeri e compositi
• Termoplastici di base:
• ABS: good strength e T resistance (warping)
• PLA: Visual quality, easy to print (low strength)
• Ingegneristici (PA, TPU e PETG)
• PA (Nylon): resistente usura e chemical resistance (umidità)
• PETG: food safe, good strength, easy to print
• TPU flexible, (più difficile)
• Blends: ABS/PC
• Biocompatibili: PCL
• Hydrogel
• Metalli: binder termoplastici (30-45%) e polveri (successiva fase di debinding, pirolisi e sintering)
• Ceramici: paste ceramiche (consolidate in forno)
Principi di base di processi EAM
Principi di base:
• Carica del materiale
• Liquefazione del materiale
• Pressione per spostare il materiale attraverso l'ugello
• Estrusione
• Deposizione su percorso predefinito e in modo controllato
• Legare il materiale a se stesso o materiali di costruzione secondari per formare una struttura solida coerente
• Inclusione di strutture di supporto per produrre complesse caratteristiche geometriche
o Carica materiale
• Materiale deve essere fornito in continuo:
• se in forma liquida deve essere pompato
• se solido o semisolido pellet/polveri (sistemi a pistone o gas compresso, sistemi a vite)
• se filamenti continui alla camera (sistemi a vite)
o Liquefazione materiale
• Step di liquefazione per spingere materiale nell’ugello
• Calore normalmente applicato da bobine riscaldanti avvolte intorno alla camera (idealmente Tm costante)
o Estrusione
• Ugello di estrusione determina la forma e le dimensioni del filamento estruso:
• Diametro ugello maggiore → materiale fluisce più rapidamente (minore precisione)
• Diametro → dimensione caratteristica minima (dimensioni caratteristiche > diametro ugello)
• Flusso materiale nell'ugello è controllato da:
• caduta di pressione tra camera e atmosfera circostante
• geometria dell'ugello
• viscosità del materiale (f(T))
o Position control
• Utilizzano piattaforma verticale (z) per costruzione singoli layer
• Testa di estrusione si muove nel piano (xy) per geometria della sezione
• Plotting deve essere coordinato con il tasso di estrusione (deposizione uniforme e coerente)
• Decelerare o accelerare la testa di estrusione → meccanismi di azionamento lineare
• Cambiamenti direzione rendono difficile controllo flusso
o Path control:
• Software controllo strategie di riempimento e contorno
• Strategia: contorno con velocità più lenta (flusso materiale costante) e riempimento a velocità più rapide
o Adesione
• Sistemi a base di calore: necessaria energia termica residua sufficiente per attivare superfici adiacenti, causando l'incollaggio:
• se l'energia è insufficiente, regioni possono aderire, ma confine distinto (superfici frattura)
• se troppa energia fonde materiale precedentemente depositato (parte scarsamente definita)
o Generazione supporti
• Supporti sono necessari e sono:
• di materiale simili
• di materiale secondario
• Se supporti devono essere realizzati utilizzando lo stesso materiale della parte
• parti e supporti attentamente progettati (facilitare separazione) → creare superfici frattura o regolazione distanza di separazione layer.
• Fabbricarli in un materiale diverso (più facilmente distinguibili e rimovibili meccanicamente o chimicamente)
Fused Deposition Modeling (FDM)
o FDM (FDM), o FFF (Fused Filament Fabrication)
• Processo basato sull’estrusione di un filamento
• Commercializzata negli anni '90 dalla Stratasys, di cui possiede il marchio commerciale FDM
• Materiali in filamento
• polimeri termoplastici
• compositi termoplastici
• FDM è la tecnologia di stampa 3D più utilizzata:
• vera «innovazione di prodotto»:
• pervasiva (più diffusa),
• decentrata (sistemi portatili)
• tecnologia primaria a cui le persone sono esposte
o Processo di fabbricazione FDM
• Bobina di filamento termoplastico viene caricata
• Quando ugello ha raggiunto la temperatura desiderata, il filamento alimentato alla testa dell'estrusione e fonde nell’ugello
• Testa di estrusione è movimentata su piano xy (o xyz) e piattaforma di costruzione su z
• Materiale fuso estruso in fili sottili, depositato si raffredda e solidifica (raffredd. può essere accelerato con ventole solidali alla testa di estrusione)
• Strategia di riempito area (n° percorsi) e qualità stabiliscono tempi di
completamento del singolo layer
• Poi piattaforma si abbassa e forma un nuovo layer
o Parametri:
• Regolazione di diversi parametri di processo: temperatura ugello e piattaforma di build, velocità di costruzione, altezza layer e velocità della ventola di raffreddamento.
• Dimensioni di build
• desktop 200 x 200 x 200 mm,
• macchine industriali 1000 x 1000 x 1000 mm
• Altezza layer tra 50 e 400 μm, può essere determinata al momento dell'esecuzione.
• Altezza minore produce parti più uniformi e geometrie più accurato,
• Altezza maggiore produce le parti più velocemente e a un costo inferiore
o Deformazione
• Deformazione è uno dei difetti più comuni in FDM
• Soluzioni più comuni: monitoraggio più attento della temperatura del sistema FDM (piattaforma e camera) e aumentando l'adesione tra la parte e la piattaforma
o Supporti
• Se stesso materiale (strutture meno piene e più facili da rimuovere)
• Necessari da ridurre con scelta orientazione
• Se materiali diversi: esistono materiali che si dissolvono in liquido (FDM alta fascia o
FDM industriali)
o Layer adhesion
• Meccanismo di adesione tra gli strati si basa sulla rifusione e incollaggio
• L’adesione tra i diversi strati è sempre inferiore alla resistenza di base del materiale
• Parti FDM sono intrinsec. anisotrope (asse z) → fondamentale orientamento parti
o Riempimento e spessore
• Parti non sono piene per ridurre tempo di stampa e consumo materiale
• Layout di stampa 3D - suddivisione in 4 sezioni, i cui parametri possono essere
ottimizzati:
• Shell: perimetro esterno realizzato in più passate
• Strato inferiore: esterno vicino alla piastra di costruzione
• Strato superiore: esterno verso l'alto, verso l'ugello (migliore finitura superficiale)
• Riempimento: struttura interna della stampa
• Lo spessore shell e riempimento influenzano notevolmente la resistenza.
• Stampanti desktop, l'impostazione predefinita:
• 18-25% densità di riempimento e 1 mm spessore shell, buon compromesso tra forza e velocità per stampe rapide
• Shells
• Spessori shell devono essere un multiplo del diametro dell’ugello per evitare che si formino vuoti
• Riempimento
• Riempimento correlato alla resistenza:
• 50% rispetto al 25% è in genere più resistente del 25%
• tra 50% e 75% aumento resistenza del 10%
• Geometria di riempimento
• Normalmente, riempimento viene semplicemente depositato in fili angolati o a nido d’ape
• Forme di riempimento più comuni sono:
• rettangolare,
• triangolare o diagonale
• zig-zag
• nido d’ape
o Vantaggi
• Modo più conveniente per parti/prototipi termoplastici personalizzabili
• Tempi brevi, per elevata disponibilità della tecnologia
• Vasta gamma di materiali termoplastici (prototipazione e funzionali non commerciali)
o Limitazioni
• Precisione dimensionale (±0.5%) e risoluzione più basse (non adatto a parti con dettagli intricati)
• Spesso linee di layer visibili (50-400μm) → post-elaborazione necessaria per finitura uniforme
• Meccanismo di adesione rende le parti intrinsecamente anisotrope