La stampa 3D in metallo è una tecnologia di produzione additiva adottata sempre più spesso dalle imprese di tutto il mondo, in quanto permette di stampare in serie un’ampia gamma di prodotti come miniature, gioielli, parti funzionali e prototipi. Questa tecnologia è la soluzione ideale per le applicazioni di elevata complessità di progettazione con dei volumi di produzione ridotti.

Audi stampa in 3D prototipi e pezzi di ricambio, in metallo. (Image courtesy Audi)

Le proprietà dei materiali utilizzati permettono di ottenere risultati persino superiori a quelli prodotti con i metodi tradizionali.

Si tratta di una tecnologia in pieno boom, con l’80% delle soluzioni di stampa 3D vendute lo scorso anno, secondo i Wohlers Report 2018. 

Stampa 3D in metallo vs. produzione tradizionale

Realizzare oggetti in metallo in modo tradizionale può essere un processo dispendioso a causa del fatto che viene prodotto molto materiale in eccesso. Stampando in 3D le parti metalliche si riducono al minimo gli sprechi, consumando meno materiale ed energia.

Nell’industria aeronautica, ad esempio, si risparmiano miliardi di dollari grazie alla riduzione del peso (anche fino al 60%) dei prodotti stampati in 3D.

Desktop Metal e la stampa 3D in metallo

Desktop Metal propone due soluzioni di stampa 3D in metallo: Studio System e Production System.

Con il suo hardware rivoluzionario, la start up di Massachusetts sta rendendo la produzione additiva di metallo più economica e veloce.

Image courtesy Desktop Metal

Vantaggi della stampa 3D in metallo con Desktop Metal

• Costi bassi. Questi sistemi di stampa 3D sono fino a 10 volte meno costosi rispetto ai sistemi simili basati su laser.
• Sicurezza. Non sono richiesti dispositivi di terze parti, polveri pericolose, laser e strumenti da taglio, ventilazione esterna o strutture speciali. La Studio System utilizza la tecnologia 3D Bound Metal Deposition (BMD), un processo proprietario, per realizzare parti precise e ripetibili.
• Semplicità. Le stampanti 3D di Desktop Metal dispongono di un software in cloud per semplificare il workflow, permettendo di passare direttamente dal software CAD alle parti stampate.
• Supporti separabili. Permette di rimuovere a mano le strutture di supporto.
• Parti precise e di alta qualità. La precisione della stampante 3D Desktop Metal Studio garantisce parti di alta qualità con densità comprese tra il 96% e il 99%.
• Amplia gamma di materiali. Molti metalli disponibili tra cui acciaio inossidabile, alluminio, titanio, cromo cobalto, ecc.

Case Study Desktop Metal

Lumenium LLC è uno dei clienti del programma Pioneer di Desktop Metal che ha ricevuto la stampante 3D Studio System. La start up sta lavorando allo sviluppo di una nuova generazione di motori a combustione interna.

Il motore IDAR (Inverse Displacement Asymmetrical Rotational) è caratterizzato da una geometria unica e ha la capacità di produrre una combustione interna potente.

In questo settore, le iterazioni veloci possono influire sulle prestazioni del motore e sul time-to-market. Inoltre, le parti devono avere determinate caratteristiche come: ottima precisione dimensionale, resistenza a sollecitazioni estreme e al calore.

In particolare, Lumenium aveva bisogno di realizzare dei componenti che potessero resistere a temperature di 1500 ° C, condizioni di carico dinamiche e forze di combustione di 1500 psi.

La soluzione è stata trovata nella stampante 3D professionale Studio System di Desktop Metal.

L’azienda utilizza la tecnologia di stampa 3D di Desktop Metal per soddisfare i requisiti specifici del motore e ottenere geometrie di parti complesse, riducendo, allo stesso tempo, il numero di passaggi di lavorazione.

Lumenium produce circa 20 parti di prototipi al mese, il 95% costruito internamente con elettroerosione a filo e lavorazione CNC a 5 assi. Questo processo ha dei tempi lunghissimi di consegna, inoltre, il costo elevato e il peso del prodotto finale rappresentano un limite per l’azienda. Ridurre il peso del motore potrebbe aumentare notevolmente la potenza e il RPM.

Inizialmente, le prime versioni del motore IDAR sono state lavorate in alluminio leggero che però non ha le proprietà fisiche necessarie a causa del processo di espansione che accade con l’aumento della temperatura. Questo ha portato l’azienda a sostituire il metodo di lavorazione e i materiali utilizzati, optando per la stampa 3D in acciaio, che ha un coefficiente di espansione termica inferiore del 68% rispetto a quello dell’alluminio.

La start up ha creato tre parti: un portasella, un braccio oscillante e una biella.

Grazie alla stampa 3D in metallo, sono riusciti ad ottenere: accuratezza dimensionale, basso trasferimento di calore ed espansione termica, resistenza a condizioni di carico dinamico e a forze di combustione di 1.500 PSI, con costi più bassi e più velocemente rispetto alla lavorazione tradizionale.

HP Metal Jet – la tecnologia 3D di HP in metallo

La nuova tecnologia di HP, presentata durante l’International Manufacturing Technology Show (IMTS) del 2018, chiamata HP Metal Jet, è in grado di creare parti metalliche di qualità superiore, in grandi volumi.

HP Metal Jet

La promessa HP, infatti, ha creato grandi aspettative. Si parla di una produttività fino a 50 volte superiore rispetto agli altri metodi di stampa 3D in metallo presenti sul mercato, rivoluzionando così la produttività, ma anche riducendo notevolmente i costi.

Case Study Volkswagen: Metal Jet nel processo produttivo

Volkswagen ha recentemente annunciato che sarà il primo produttore automobilistico a inserire il nuovo sistema Metal Jet di HP nel suo processo produttivo.

Martin Goede, responsabile della pianificazione e dello sviluppo tecnologico Volkswagen ha dichiarato: “La produzione automobilistica sta affrontando sfide importanti: i nostri clienti si aspettano sempre più opzioni di personalizzazione. Allo stesso tempo, la complessità sta aumentando con il numero di nuovi modelli. Ecco perché ci affidiamo a tecnologie all’avanguardia per garantire una produzione rapida e senza intoppi. La stampa 3D svolge un ruolo particolarmente importante nella produzione di singole parti. “

Grazie alla collaborazione con GKN Powder Metallurgy e Parmatech, le imprese interessate avranno a disposizione anche un service dedicato. Il servizio Metal Jet Production Service consentirà di ordinare parti metalliche di livello industriale, senza dover investire, sin da subito, su di un proprio sistema HP Metal Jet.

Come funziona?

La tecnologia della nuova HP Metal Jet si baserà sulla proiezione di legante e polvere metallica, solidificata strato dopo strato. Il legante viene rimosso direttamente nella stampante 3D, mentre la fase di sinterizzazione viene eseguita in un forno.

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