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[EMO 2019] La stampa 3D si muove in avanti

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Nuove tecnologie, nuovi materiali, maggiore integrazione e software migliorato - la stampa 3D ha visto di recente nuovi e interessanti sviluppi.

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James Hunt è responsabile della Strategy Additive Manufacturing (AM), Università di Sheffield AMRC. Ritiene che l'AM sia stato considerato un processo a sé stante....fino ad ora.

C'è un'attività crescente intorno alla stampa di biomateriali, con team di ricerca negli Stati Uniti e nel Regno Unito che si sforzano di essere i primi a stampare organi umani vitali utilizzando idrogel per formare impalcature di tessuti.

Per quanto riguarda i metalli, si stanno sviluppando tecnologie di disturbo, tra cui la stampa digitale in lega Joule e la produzione MELD. Questi hanno la possibilità di depositare rapidamente grandi quantità di materiale e di superare alcuni problemi di compatibilità e di stress residuo.

Stiamo assistendo a una maggiore capacità nel software, con aziende come Siemens, Autodesk e Dassault Systèmes che sviluppano la capacità di progettare componenti in ambiente CAD, creare soluzioni ottimizzate per la topologia, preparare il file di costruzione, simulare il processo di costruzione e pianificare il percorso utensile per la rimozione del materiale.

Per quanto riguarda la produzione di prodotti, i principali sviluppi sono nel settore medicale e aerospaziale:

In campo medico, la capacità di produrre impianti e dispositivi specifici per il paziente è stata a lungo promessa, e ora con una maggiore capacità software per la generazione e la manipolazione CAD, insieme ad una più ampia gamma di materiali compatibili, è possibile. Si va dagli allineatori ortodontici stampati su misura da qualsiasi numero di odontotecnici, fino alla società medica globale Stryker che produce migliaia di impianti in titanio da una flotta di macchine AM.

Nel settore aerospaziale, i principali operatori stanno investendo in impianti di ricerca e sviluppo e di pre-produzione, con parti che ora arrivano fino ai motori e alle cellule dei velivoli.

GE è probabilmente all'avanguardia in questo campo, certamente in base al numero di parti su piattaforme. Sulla base della loro esperienza con l'ugello di alimentazione del motore LEAP, stanno progettando di includere un totale di 304 parti metalliche AM su ciascuno dei loro motori GE9X di prossima generazione, in sette componenti che includono parti critiche come le pale delle turbine.

Una nuova era

Eric Bredin, Vice Presidente, Stratasys, afferma che la tecnologia sta ora sostituendo lo stampaggio ad iniezione e la fresatura per tirature a basso e medio volume.

Questo sta aprendo una nuova era di personalizzazione di massa, in quanto i produttori possono ora produrre a costi contenuti volumi di pezzi personalizzati dove il business case semplicemente non esisteva.

Lo sviluppo dei materiali è fondamentale, in quanto le industrie ad alte prestazioni richiedono una rigorosa certificazione dei componenti.

Ad esempio, la resina Stratasys ULTEM 9085 è conforme alla fiamma, al fumo e alla tossicità, il che ha portato Airbus e Boeing a produrre, certificare e montare più parti stampate in 3D all'interno delle cabine degli aerei che mai.

L'anno scorso Stratasys ha svelato Layered Powder Metallurgy, la sua tecnologia proprietaria AM per le applicazioni metalliche di piccole tirature. Ha inoltre annunciato il suo ingresso nella stereolitografia AM con la stampante V650 Flex 3D, un sistema industriale configurabile su larga scala per la messa a punto di una vasta gamma di resine.

Bredin dice che sempre più aziende si stanno ora rivolgendo ad AM per componenti per aerei e treni non più in produzione:

Il nostro cliente Airbus è un grande esempio: per rispettare i termini di consegna dei suoi aerei A350 XWB, l'azienda ha utilizzato la nostra tecnologia FDM (fused deposition modelelling) per produrre oltre 1.000 parti che volano oggi.

Negli sport motoristici, McLaren F1, PENSKE e Andretti Autosport utilizzano la tecnologia FDM e PolyJet nelle auto da corsa.

Sistemi di collegamento

Claudia Jordan, portavoce di EOS, ritiene che i sistemi AM automatizzati e collegati costituiranno alla fine una parte fondamentale della fabbrica intelligente.

Quando si collegano i sistemi, si iniziano a vedere enormi guadagni di produttività e un migliore controllo di qualità. Ora c'è la possibilità di automatizzare l'intera catena del processo.

EOS ha recentemente introdotto EOS Aluminum AlF357 per applicazioni che richiedono un metallo leggero con eccellente resistenza meccanica e termica. Lo scorso anno ha ampliato il suo portafoglio di sistemi di sinterizzazione laser per metalli diretti con la EOS M 300-4 per i settori aerospaziale, industriale, medicale, utensili e automobilistico. Ha inoltre condotto un progetto pilota con Premium AEROTECH e Daimler per sviluppare una linea di produzione di componenti automobilistici e aerospaziali di nuova generazione completamente digitale.

Il processo produttivo è stato gestito senza personale, da una stazione di controllo autonoma, supportata da un doppio digitale della fabbrica accessibile a distanza. Ha mostrato una riduzione dei costi per parte del 50%, dimostrando il significativo impatto potenziale dell'AM automatizzato.

E il futuro?

Hunt ritiene che alcune delle tecnologie emergenti siano la stampa 3D degli organi umani, i farmaci stampati in 3D, la stampa su scala nanometrica e persino la stampa 4D.

Ma questi sono tutti e 10 anni o più lontani dal raggiungere la produttività. Nel prossimo futuro vedremo una migliore capacità software e un'ulteriore integrazione del flusso di lavoro digitale come parte del panorama della digitalizzazione industriale e una più ampia gamma di materiali disponibili con un cenno specifico verso materiali sostenibili attraverso l'uso di un maggiore contenuto riciclato.