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#Tendenze
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Garanzia di qualità dei componenti fabbricati in modo additivo
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Nuova tecnologia di produzione Micro Sinterizzazione Laser
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I processi di produzione additiva, noti anche come stampa 3D, produzione additiva o produzione generativa, offrono un'impressionante libertà di progettazione. Qui, molti strati di materiale fine sono stratificati uno sull'altro sulla base di dati tridimensionali.
Inizialmente utilizzato principalmente nel campo della plastica, la fabbricazione additiva sta guadagnando sempre più importanza nel settore dei metalli. Questo processo di produzione può essere utilizzato in modo economico, soprattutto per piccole quantità, perché a differenza dei pezzi fusi, per esempio, non ci sono costi di attrezzaggio. Processi complessi come la lavorazione, ad esempio la fresatura, sono in gran parte eliminati. Questo è di grande interesse quando si costruiscono prototipi, noti anche come "prototipazione rapida". Qui, la creazione di un prototipo richiede spesso solo poche ore. Questo può essere un vantaggio competitivo decisivo con tempi di realizzazione dei progetti sempre più stretti. Tuttavia, è ancora più importante garantire la qualità dei pezzi fabbricati attraverso test appropriati dei materiali.
Micro sinterizzazione laser - una forma speciale di produzione additiva
La società 3D MicroPrint GmbH produce piccoli componenti metallici di alta qualità ed esegue test per esaminare le caratteristiche meccaniche, come la resistenza alla trazione, lo snervamento e l'allungamento alla rottura. La 3D MicroPrint GmbH si è specializzata nella produzione di microcomponenti e utilizza il cosiddetto processo di microsinterizzazione laser. In linea di principio, questo processo di produzione è interessante per tutte le industrie, ma soprattutto per la tecnologia medica, aerospaziale, l'industria dei semiconduttori, la tecnologia dei sensori, la filtrazione e la tecnologia dei flussi. In contrasto con la fusione tradizionale, per esempio, questa è una tecnologia di produzione relativamente nuova che è stata utilizzata nell'ambiente industriale per 10 anni. L'obiettivo è quello di affermare questa tecnologia accanto alle tecnologie di fusione esistenti nel mercato di serie e di massa.
Il modello, che è progettato in 3D sul computer, è prodotto utilizzando il processo di allettamento della polvere. In questo processo, il materiale in polvere di un pezzo viene applicato strato per strato e solidificato. Nella micro sinterizzazione laser, il materiale viene fuso dal laser in modo strutturato e quindi incollato strato per strato. Questo processo non richiede strumenti aggiuntivi e viene eseguito tramite lo scambio di dati digitali.
La caratteristica principale della microsinterizzazione laser è, tra l'altro, quella di creare spessori di parete inferiori a 100 µm con una densità del materiale superiore al 99%, mantenendo la precisione dimensionale e le proprietà complete del materiale. Attraverso una specifica di polvere interna e la corrispondente tecnologia di microsinterizzazione laser, questi requisiti di mercato possono essere soddisfatti e in alcuni casi anche superati. Grazie a queste alte risoluzioni delle geometrie dei componenti e al processo -(Metal Injection Moulding), si possono raggiungere gli stessi standard di qualità o anche di più.
In particolare per quanto riguarda la rugosità superficiale, si ottengono valori Rz inferiori a 10- 25 µm con densità elevate e simultanee di oltre il 99,5%. Quantità di componenti di diverse migliaia di pezzi sono quindi disponibili in pochi giorni o settimane con una piena flessibilità di progettazione dei componenti allo stesso tempo.
Al fine di garantire queste proprietà per i settori industriali come la tecnologia medica, da un lato le richieste dei clienti vengono controllate secondo la certificazione interna secondo ISO 9001:2015 e queste vengono già elaborate e documentate secondo i requisiti della norma ISO 13489 (norma specifica per la sicurezza).
Per la prova di trazione su materiali metallici secondo la norma DIN EN ISO 6892, le forme dei provini secondo la norma DIN 50125 si rivelano una buona base, ma richiedono un attento esame. Specialmente i raggi e le transizioni tra la testa del provino e la vita del provino spesso non possono essere utilizzati nel modo usuale. Anche se possono essere fabbricati senza problemi, le transizioni brevi e taglienti, come nei campioni di filetto o di spalla, portano ad un eccesso di stress locale e al corrispondente cedimento in questi punti - le prove di trazione con questa posizione di frattura non sarebbero tutte valide. A seconda del processo di fabbricazione, la superficie deve essere rilavorata e non può essere testata "as-built". Ulteriori limitazioni nella scelta della forma del provino si verificano soprattutto con processi di produzione ad alta precisione e costosi, poiché i provini dovrebbero essere il più corti possibile. I classici morsetti per campioni, come quelli a cuneo o a vite, possono essere ridotti nelle dimensioni solo con grande sforzo. Molto più semplici sono poi i dispositivi di fissaggio di forma, ma senza filettature. Campioni di trazione piatti o rotondi con una spalla come controcuscinetto sono facili da produrre e semplici da testare.
Quando si miniaturizzano i provini e, di conseguenza, la configurazione della prova, si devono prendere in considerazione diversi fattori di influenza. Una sfida qui è la precisione e l'assialità del serraggio del provino e dell'applicazione della forza. Questo significa, per esempio, che il dispositivo di fissaggio deve essere prodotto entro una stretta finestra di tolleranza e dovrebbe offrire la possibilità di auto-allineamento.
Inoltre, l'asse di applicazione della forza, che riguarda sia la cella di carico che il serraggio superiore e inferiore, deve essere allineato assialmente in modo preciso e unidirezionale. Deviazioni nel campo dei µm possono già portare all'introduzione di forze trasversali e falsificare il risultato. È anche necessario che la meccanica della macchina di prova sia ottimizzata in modo tale che quando la traversa mobile viene spostata, questa assialità non sia compromessa per tutta la corsa di prova.
Un'ulteriore sfida del downscaling del compito di prova è la determinazione dei parametri di deformazione.
In linea di principio, l'allungamento è definito come l'aumento della lunghezza iniziale del calibro in qualsiasi momento, espresso in percentuale.
Questo allungamento può essere determinato convenzionalmente tramite il sistema di misurazione della corsa della macchina di prova o tramite uno speciale dispositivo di misurazione dell'allungamento, chiamato anche estensimetro.
La determinazione dell'allungamento basata sul canale di corsa della macchina di prova è sempre soggetta a diverse variabili di influenza. Soprattutto la rigidità del setup di prova, a cui oltre al telaio di carico contribuiscono anche la cella di carico, l'adattamento dei componenti e il serraggio del provino, è importante e può portare a un considerevole errore di misurazione.
Pertanto, si raccomanda la determinazione della deformazione del provino per mezzo di un estensimetro. La ISO6892-1 parla esplicitamente della deformazione dell'estensimetro. Questo vale soprattutto quando si devono determinare risultati per i quali sono richieste piccole deformazioni, come quando si determina il modulo di elasticità.
Nelle prove di trazione su componenti prodotti in modo additivo, le lunghezze dei campioni inferiori a 10 mm non sono rare a causa dei costi del materiale e della produzione. Questo rende l'uso di sistemi di misurazione tattili quasi impossibile o estremamente costoso.
I metodi di misura ottici possono essere utilizzati in questo campo di applicazione. Gli estensimetri laser e gli estensimetri video con speciali lenti telecentriche o semitelecentriche permettono di determinare l'allungamento del provino secondo la classe 1 della ISO 9513 per le lunghezze iniziali più piccole.
Oltre alle "macchine di prova universali standard", l'azienda Hegewald & Peschke ha sviluppato micro macchine di prova per prove di trazione statiche su campioni in miniatura e per compiti di prova ciclici. La macchina di prova in miniatura inspekt micro S500, per esempio, è dotata di un sistema di misurazione dello spostamento che ha una risoluzione di 5nm e permette prove di trazione, compressione, piegatura e pelatura su materiali e componenti sinterizzati al laser fino a 500N.
A causa di questi requisiti elevati, il reparto di garanzia della qualità della 3D Micro Print GmbH ha collaborato per un certo periodo con Hegewald & Peschke Meß- und Prüftechnik GmbH. Grazie alla sua esperienza pluriennale nel campo della tecnologia di micro test e misurazione, Hegewald & Peschke è un partner esperto e affidabile nel campo della tecnologia di test per i processi di produzione additiva.