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TRATTAMENTO DELLE SUPERFICI E STAMPA 3D

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MASCHERE DI STAMPA IN SILICONE PER LA PROIEZIONE AL PLASMA

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Scoprite come la stampa 3D in silicone può essere una nuova soluzione nella fase di mascheratura del trattamento delle superfici. Insieme, l'azienda APS Coating Solutions e Lynxter hanno potuto creare e testare strumenti di mascheratura personalizzati in silicone stampato in condizioni di plasma spray.

Per saperne di più su questa collaborazione di successo tra APS Coating Solutions e Lynxter e sui suoi risultati, leggete il nostro articolo.

TRATTAMENTO DELLE SUPERFICI: SPRUZZATURA AL PLASMA

La spruzzatura al plasma è un processo di trattamento superficiale che fornisce una soluzione per depositare un rivestimento su tutte o su aree specifiche di un pezzo. Il rivestimento depositato conferisce nuove funzionalità alla superficie e ne migliora le proprietà fisiche, chimiche o tribologiche.

Questa tecnica si basa sulla creazione di un arco elettrico in una miscela di "gas plasma". Il plasma, la cui temperatura può raggiungere i 16.000°C, viene utilizzato per fondere un flusso di polvere che passa attraverso la torcia.

Vengono utilizzati diversi gas plasma come argon, elio, azoto o idrogeno. La miscela di gas e le condizioni di proiezione possono essere regolate per modificare le proprietà termiche del plasma e la velocità delle particelle.

Il flusso di polvere utilizzato dipende dal materiale da depositare. Può trattarsi di metalli, leghe metalliche, carburi, ossidi, ... la cui composizione e dimensione delle particelle sono finemente controllate. Questo viene spinto da un gas di trasporto per essere iniettato nella miscela di gas del plasma.

La spruzzatura al plasma avviene a pressione atmosferica ed è utilizzata per rinforzare parti destinate a essere utilizzate in condizioni estreme.

In base al materiale depositato, si possono ottenere i seguenti vantaggi:

- Una migliore resistenza all'usura e all'abrasione.

- Una migliore resistenza alle alte temperature e all'ossidazione.

- Una migliore resistività o conducibilità elettrica.

I rivestimenti ottenuti con questo metodo sono utilizzati in molti settori: aerospaziale, automobilistico, energetico, della difesa..

SOLUZIONI DI RIVESTIMENTO APS

Fondata nel 1968, APS COATING SOLUTIONS è un'azienda specializzata nell'applicazione di rivestimenti per processi di essiccazione.

Dai prototipi alla produzione in serie, APS Coatings sviluppa e applica i rivestimenti funzionali più adatti per estendere le prestazioni di molte parti meccaniche in qualsiasi ambiente.

Specializzata nell'applicazione di rivestimenti mediante spruzzatura termica, centrifuga ad immersione fluida, APS Coatings investe in nuove tecnologie di trattamento delle superfici e modernizza continuamente il proprio strumento industriale.

È in questo contesto di innovazione che Lynxter e APS Coatings hanno collaborato per sviluppare soluzioni di mascheratura per la stampa 3D in silicone.

VERSO NUOVE SOLUZIONI DI MASCHERATURA CON LA STAMPA 3D IN SILICONE

Nell'aprile 2022, Lynxter ha lanciato un invito a presentare progetti nell'ambito dello sviluppo di una nuova gamma di materiali per la produzione additiva. Il bando prevedeva la selezione di aziende che utilizzavano parti flessibili (tipo silicone, poliuretano, TPU) per una sessione di prova per applicazioni di mascheratura, sigillatura, attrezzaggio, ecc. APS Coatings è stata una delle aziende selezionate.

Dopo diverse discussioni, Lynxter e APS Coatings hanno identificato due casi di parti di mascheratura da stampare. Queste maschere saranno utilizzate per la spruzzatura al plasma di ceramica su parti destinate al settore aerospaziale e della difesa.

Per il primo caso, Lynxter ha realizzato circa 240 maschere di 25 mm x 7 mm x 5 mm, che sono state semplicemente tappate sulle aree che dovevano essere risparmiate.

Damien POMAREDE, ingegnere dei materiali e dei processi presso APS Coating Solutions, spiega come la stampa 3D in silicone possa essere una soluzione di mascheratura innovativa per accelerare la convalida dei prototipi o produrre piccole e medie serie.

Qual è stato il vostro problema, la sfida della collaborazione?

Damien POMAREDE: In questo programma, avevamo un protocollo di mascheratura relativamente complesso, essenzialmente manuale. L'esecuzione di quest'ultimo richiede una grande destrezza, attenzione e autocontrollo da parte degli operatori, con elevati rischi di non qualità.

Questa modalità operativa potrebbe essere adatta alla produzione occasionale di alcuni prototipi, ma non è compatibile con un aumento del carico e una produzione regolare. Era quindi necessario migliorare i nostri metodi semplificando questa fase di mascheratura.

Avevamo già utilizzato le nostre capacità di stampa 3D SLA per sviluppare una soluzione di mascheratura. Tuttavia, le specifiche dei materiali stampati non erano compatibili con il processo di produzione.

Gli obiettivi della collaborazione con Lynxter erano due.

- In primo luogo, volevamo scoprire il concetto di stampante 3D multi-materiale sviluppato da Lynxter e valutare le prestazioni dei siliconi stampati. Questo lavoro fa parte di una riflessione più globale portata avanti da APS Coatings, volta a individuare le leve per migliorare le nostre prestazioni industriali. La stampa di maschere e utensili è una di queste.

- Il secondo obiettivo è stato quello di valutare l'integrazione della stampante 3D come strumento nei nostri processi di sviluppo e produzione e la sua influenza sulla nostra organizzazione e sui nostri metodi operativi. Sono stati attentamente monitorati gli impatti in termini di progettazione, tempi di produzione e collaudo, adeguatezza alle esigenze e prestazioni economiche.

Perché scegliere la stampa 3D elastomerica per la spruzzatura al plasma?

DP : Oggi utilizziamo molte maschere in silicone per il ricambio delle parti rivestite con la proiezione al plasma. Il nostro feedback è che alcune formulazioni di silicone ci permettono di ottenere maschere che resistono alla sabbiatura e alla spruzzatura al plasma, con una discreta durata. Questa soluzione ha anche il vantaggio di essere facilmente applicabile e rimovibile, garantendo al contempo una delimitazione e un posizionamento precisi delle aree mascherate sui pezzi.

Nella maggior parte dei casi, i volumi e la ricorrenza dei mercati giustificano totalmente l'investimento fatto nello sviluppo e nella produzione di questo tipo di maschere con metodi più tradizionali con i nostri subappaltatori.

Nei casi in cui non è possibile progettare maschere in silicone o altri tipi di utensili, dobbiamo ricorrere a metodi di mascheratura più tradizionali, basati sull'applicazione di nastri adesivi di mascheratura adattati alla spruzzatura termica. In questo caso, lo sviluppo rapido ed economico di una soluzione di mascheratura in silicone stampata in 3D ha perfettamente senso.

Quali sono i vantaggi di questa nuova tecnologia nel vostro processo produttivo?

DP : I principali vantaggi che individuiamo sono di 4 tipi:

>Ricettività nella progettazione di soluzioni di mascheratura

La stampa 3D in-house ci permette di ridurre i tempi tra lo sviluppo di un progetto, la sua produzione e il suo collaudo in condizioni reali. Rispondere più rapidamente alle richieste dei nostri clienti è un vantaggio reale.

>Accuratezza delle soluzioni di mascheratura sviluppate

la stampa 3D ci permette di moltiplicare i cicli di feedback e quindi di rispondere in modo più pertinente alle esigenze dell'applicazione. L'uso di maschere adattate ci permette di aumentare la qualità della finitura dei pezzi trattati.

>Adattamento a serie più piccole

Questa tecnologia ci permette di ridurre significativamente l'investimento in manodopera e i costi di materiale/servizio nello sviluppo delle nostre maschere e dei nostri utensili. Questo ci permette di considerare sviluppi specifici, più efficienti ed efficaci dei nastri di mascheratura, per programmi meno ricorrenti o più piccoli. Anche in questo caso, la nostra capacità di eccellere indipendentemente dalle dimensioni della serie prodotta è una sfida importante.

>Proteggere la catena del valore

Dalla progettazione delle maschere alla produzione e, per estensione, alla realizzazione dei pezzi per i clienti, l'integrazione di questa tecnologia ci permette di consolidare il nostro know-how e di controllare i costi e i tempi di consegna in modo molto più preciso rispetto al modello tradizionale, basato sul subappalto.

La sfida per APS Coatings è quella di rafforzare la fiducia dei propri clienti integrando una capacità di produzione di maschere adatta ad ogni geometria.

Questa soluzione è integrabile come soluzione di mascheratura nel settore del trattamento e del rivestimento delle superfici?

DP : Le nostre prime osservazioni sono positive: i pezzi prodotti con le maschere hanno superato tutti i nostri controlli di qualità. Le maschere hanno resistito ad almeno due cicli di spruzzatura senza perdere la loro funzione e hanno delineato efficacemente le aree rivestite.

In alcuni casi, sarà necessario soddisfare alcuni requisiti normativi per qualificare la formulazione del silicone utilizzato. Questo lavoro è in corso presso APS Coatings.

Infine, la produttività della stampante 3D sembra essere compatibile con le nostre esigenze, poiché è stato dimostrato che il numero di maschere necessarie per produrre un lotto può essere stampato in circa dieci ore.

SINTESI DELL'OPERAZIONE DI MASCHERATURA CON LA STAMPA 3D

TRATTAMENTO UTILIZZATO Spruzzatura al plasma

TEMPERATURE Le particelle vengono proiettate a una temperatura superiore a 2000°C.

Temperatura del plasma: < 16 000°C

TEMPO DI MASCHERATURA / SMASCHERATURA Il tempo di mascheratura dell'area in esame viene diviso per 2

TEMPO DI SBAVATURA Il tempo di sbavatura dell'area in esame è diviso per 2

RESISTENZA DURANTE IL TRATTAMENTO Il pezzo si è mosso? La maschera non si è staccata durante la proiezione. Un punto da tenere sotto controllo è il corretto posizionamento della maschera nella sua posizione. Questo punto può essere affrontato informando gli operatori e/o migliorando il design della maschera.

REAZIONE AL TRATTAMENTO Buona resistenza delle maschere dopo 2 cicli. Leggera abrasione della maschera nelle zone esposte

RESIDUI O GETTI SUL PEZZO Nessun trasferimento di liquidi o gas osservato sulla parte mascherata.

RIASSUNTO DELL'OPERAZIONE DI STAMPA 3D

SETTORE Industriale - Aeronautica, Spazio, Difesa

APPLICAZIONE Maschera per la proiezione al plasma di un ossido metallico

MATERIALI Silicone RTV2

DIMENSIONI 25 mm x 7 mm x 5 mm

TECNOLOGIA DI STAMPA Stampante S600D, S300X in LIQ21

TEMPO DI STAMPA 10 h / 240 pezzi

QUANTITÀ MATERIALE 84 gr

COSTO DEL MATERIALE 24,4€

ALTEZZA STRATO 0,35 mm

DIMENSIONE UGELLO 0,69 mm

VOLUME DI PRODUZIONE Serie di 240 pezzi

I test convalidano i seguenti risultati:

- Procedure semplificate e ottimizzate per la preparazione e l'applicazione di maschere specifiche.

- Delimitazione efficiente di aree difficili da risparmiare.

- Operazioni di sbavatura più semplici e qualità di finitura migliorata.

- Le maschere sono resistenti al flusso di spruzzatura e possono essere riutilizzate per almeno due cicli.

Per ampliare il proprio studio sulle soluzioni di mascheratura per trattamenti superficiali, Lynxter continua a produrre pezzi più grandi e complessi con S600D e S300X su trattamenti superficiali a secco come la verniciatura a polvere.

Questa nuova soluzione consente di produrre rapidamente maschere personalizzate che possono essere riutilizzate e adattate a qualsiasi forma di pezzo da trattare.

Soprattutto, la stampa 3D in silicone consente di guadagnare in efficienza durante la fase di mascheratura e di ridurre significativamente un'operazione complessa.