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42– Processi sheet lamination E ded - Coggle Diagram
42– Processi sheet lamination E ded
Processi sheet lamination
Sheet lamination processes
Tra le prime tecniche additive commercializzate (1991)
Nel 1991 società Helisys è stata la prima a introdurre la tecnologia di laminazione dei fogli
• Processo di produzione di oggetti laminati fondeva/aderiva fogli sottili e usava un laser per tagliare l'oggetto desiderato (Helisys ha terminato le operazioni nel 2000)
Successivamente, altre aziende hanno utilizzato versioni diverse di laminazione dei fogli per nuovi scopi di produzione (materiali, sorgenti di adesione e taglio)
Primo processo è stato il Laminated Object Manufacturing (LOM):
• laminazione strato per strato di fogli di carta, tagliati utilizzando un laser CO2 (ogni foglio è un layer)
• porzione di foglio non contenuta all'interno della parte finaleviene tagliata in cubi (crosshatch)
Principio di costruzione:
• tagliati i contorni esterni dei layer su fogli impilati → additive + subtractive
• Processo in parte sottrattivo, non è in grado di produrre la complessità geometrica di altri processi additive → difficile rimuovere materiale in eccesso dall'interno
Una prima classificazione dei processi è possibile in base all’ordine di taglio ed incollaggio
degli strati:
• Bond-then-form:
• incollaggio al substrato
• taglio sencondo il contorno del layer
• disposizione del laminato
o Bond-then-form processes
SELECTIVE DEPOSITION LAMINATION SDL
fogli di carta e dispensa selettivamente adesivo solo dove necessario
(rimozione semplice)
PLASTIC SHEET LAMINATION PSL
fogli di PVC
• Stesso principio esteso a nastri di metallo o ceramici per costruzione di parti
«verdi» (debinding e sintering)
LAMINATED OBJECT MANUFACTURING LOM
• Il più comune e noto dei processi bond-then-form è il LOM
: fogli di carta con adesivo polimerico termicamente attivabile
• I processi bond-then-form possono processare diversi materiali utilizzando diversi
meccanismi di adesione
• Vantaggi specifici sono:
• bassi ritiri, stress residui e problemi di distorsione
• possibile migliorare la finitura
• grosse parti producibili in tempi rapidi
• estendibile a diversi tipi di materiali
• non tossico, stabile e easy-to-handle
• costo dei materiali e delle macchine relativamente basso
• Problematiche specifiche:
• parti in carta devono essere protette (umidità, usura)
• accuratezza dimensionale difficile lungo z,
• proprietà non omogenee
• difficile il dettaglio nelle parti piccole
• Form-then-bond:
• materiale in foglio tagliato
• poi incollato al substrato
o Form-then-bond processes
OFFSET FABBING
COMPUTER- AIDED MANUFACTURING OF LAMINATED ENGINEERING MATERIALS ( CAM - LEM)
• Il più noto tra i processi form-then-bond è il CAM-LEM
nasce per parti ceramiche, slice individuali vengono tagliate poi
sovrapposte e assemblate mediante meccanismi di adesione
• Parti devono essere post-processate
• Approccio popolare per parti metalliche e ceramiche ma sistemi commerciali non
diffusi
• Vantaggi dell’approccio form-then-bond:
• facilità di costruzione delle parti interne (fori, particolari) non possibile con bond-then-form
• non c’è pericolo di tagliare i layer precedenti in quanto vengono singolarmente tagliati
• la fase di de-cubing (rimozione parti in eccesso di materiale) non è necessaria (time-saving)
• Problematiche specifiche
• necessità supporti esterni
• necessità sistemi di allineamento per impilamento layer
• difficili geometrie complesse
Materiali e principi dei processi sheet lamination
Materiali e principi dei processi sheet lamination
o Diversi tipi di materiali: carta, polimeri, metallo, ceramici → ognuno richiede metodo diverso
per legare i fogli insieme
• Carta: legati utilizzando calore e pressione per attivare uno strato di adesivo preapplicato ai fogli
• Polimeri: applicazione di calore e pressione viene utilizzata per fondere i fogli insieme.
• Metalli: legati con vibrazioni ultrasoniche sotto pressione (saldatura ad ultrasuoni)
o Consente di cambiare i materiali di costruzione durante la stampa → utilizzata anche per creare materiali compositi
o Principi dei processi sheet lamination
• Building steps:
I. Singolo layer di materiale solido sulla superficie di costruzione - carta (LOM e SDL), plastica PVC (PSL), metallo (UAM/UC) o ceramica (CAM-LEM).
II. Processi bond-then-form legano prima l'intero strato al precedente e poi tagliano la sezione 2D dello strato (SDL o UAM), processi form-then-bond tagliano prima la fetta 2D nel livello poi la legano agli strati precedenti (CAM-LEM)
III. Sezione 2D tagliata nel livello con un laser (LOM/CAM-LEM) o una lama (SDL/PSL) o CNC tradizionale (UAM/UC), quindi il processo inizia con un nuovo strato solido posizionato in cima
• Processo 2D channel - layers
o Meccanismi d’incollaggio
• Processi Sheet Lamination possono essere anche classificati in base al meccanismo
impiegato per ottenere l'incollaggio tra gli strati:
a) incollaggio o adesione
b) incollaggio termico
c) bloccaggio
d) saldatura ad ultrasuoni
• Incollaggio o adesione:
a) avviene per mezzo di strati di adesivo depositati tra un layer e il successivo
• Incollaggio termico:
a) per mezzo di strati di adesivo pre-depositati e successivamente attivati termicamente (carta)
b) riscaldando gli strati e sottoponendoli a pressione per ottenere diffusione atomica (metalli) o parziale fusione (polimeri)
c) attraverso brasatura o saldatura spot laser
• Bloccaggio meccanico:
a) per laminati metallici si possono usare bulloni o sistemi di blocco meccanici (veloce, economico e facile da riciclare)
b) problema direzione di vincolo ┴ all’interfaccia (possibili gap)
• Saldatura ad ultrasuoni (UAM)
a) Su fogli di metallo (100-150 μm) attraverso sonotrodo rotante (oscillaz. 20kHz)
che applica forza normale → più strati uno accanto all’altro formano layer, quando layer completo viene tagliato fresa CNC poi si procede con
successivo layer
b) Processo bond-then-form
o Peculiarità
• Svantaggio comune è che l'altezza del livello non può essere modificata senza
modificare lo spessore dei fogli di materiale utilizzato
• Sheet Lamination è uno dei metodi AM meno accurati
• i produttori la usano come un modo veloce e a basso costo per prototipi di stampa 3D non funzionali, stampi di colata e altri modelli semplici
• necessitano sempre di post-processing per migliorare la finitura (eliminare effetto scala)
• parti in metallo o ceramica necessitano post-processing (UAM buona qualità senza post-processing)
3.processi ded
Direct Energy Deposition processes
o Processi Direct Energy Deposition (DED) consentono la creazione di parti:
• fondendo il materiale mentre viene depositato su piattaforma di build o su parti preesistenti
o Approccio base può funzionare per polimeri, ceramiche e compositi a matrice metallica, ma viene utilizzato principalmente per metalli
• → spesso indicata come tecnologia di «deposizione di metalli»
o DED dirige energia in una zona ristretta e concentrata:
• fonde il substrato e contemporaneamente anche il materiale (in polvere o fili) da depositare
o Caratteristiche dei processi DED
• Processi DED utilizzano una fonte di calore focalizzata:
• laser
• fascio elettroni (vuoto)
• plasma
• Fonte di calore fonde il materiale per costruire oggetti 3D (costruzione simile a
estrusion based)
• Ogni passata crea una traccia di materiale solidificato → geometria
tridimensionale complessa (supporti o testa di deposizione multiasse)
o Sistemi DED
• La materia prima del materiale è polvere metallica (A) o filo metallico(B):
• Polveri hanno una minore efficienza di deposizione rispetto ai fili metallici (solo una parte del totale fusa e incollata)
• Macchine DED a polvere hanno spesso gas inerte soffiato insieme alla polvere dagli ugelli (ridurre ossidazione)
• Sistemi polvere possono avere ugelli singoli o multipli per polveri – (più ugelli possibilità di miscelare materiali diversi)
o Confronto DED polveri con PBF
• Differenze con tecniche PBF:
• Energia utilizzata per fondere il materiale mentre viene depositato (NON letto
di polvere) → microstruttura simile
• Polveri utilizzate hanno dimensioni maggiori (↑maggiore densità energetica) → tassi di costruzione più veloci
• Qualità della superficie più scarsa che può richiedere post lavorazioni
• Sistemi DED possono riparare o stampare su parti esistenti
o Sistemi DED a polvere con laser
• Macchine DED di solito montano ugello su un braccio multi-asse, che deposita
materiale in superficie:
• se utilizzato macchine a 5 o 6 assi il materiale può essere depositato ogni
angolazione → costruzione molto rapida
• Molte macchine DED utilizzano laser e alimentatori in polvere:
• Laser Engineered Net Shaping (LENS)
• Directed Light Fabrication (DLF)
• Direct Metal Deposition (DMD)
• 3D Laser Cladding
• Laser Generation
• Laser-Based Metal Deposition (LBMD)
• Laser Freeform Fabrication (LFF)
• Laser Direct Casting
• Approccio generale è lo stesso, differenze includono comunemente cambiamenti:
• tipo e potenza del laser
• dimensione fuoco del laser
• metodo di alimentazione della polvere
• alimentazione gas inerte
• controllo feedback e/o il tipo di controllo del movimento utilizzato
• Processi comporta deposizione-fusione-solidificazione: parti risultanti raggiungono
elevata densità
o Vantaggi
• Rapidità di deposizione → più veloce delle AM
• Elevata densità (applicazioni di produzione)
• Geometrie complesse (bracci robotici a 5 assi e non richiedono supporti)
• Utili per riparazioni (saldatura/manutenzione)
o Limitazioni
• Scarsa finitura superficiale (bassa precisione) – il filo (pre-formato) meno preciso ma è più efficiente
• Velocità a discapito dell’aspetto superficiale → richiedono significativa postelaborazione (finitura)