Realizzazione di componenti metallici per sinterizzazione laser

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1 Realizzazione di componenti metallici per sinterizzazione laser Enrico Maria Orsi Additive Manufacturing Product Manager per l Italia Expolaser 15 novembre 2013

2 Introduzione a Renishaw I fondamentali della fusione laser Caratteristiche del sistema Il futuro della tecnologia Investimenti

3 Introduzione a Renishaw I fondamentali della fusione laser Caratteristiche del sistema Il futuro della tecnologia Investimenti

4 Renishaw plc 400 M Fatturato 95% Esportazione dal Regno Unito 60 M Spesa in ricerca, sviluppo e ingegnerizzazione > Uffici in più di 30 paesi Dipendenti nel mondo

5 Sedi nel mondo Sito demo AM

6 Prodotti Metrologia industriale Sonde per macchine di misura Sonde per macchine utensili Laser e Ballbar Calibri flessibili

7 Prodotti Spettroscopia Raman Microscopi invia Raman AFM Raman SEM Raman FT-IR

8 Prodotti Dispositivi medici CAD/CAM dentale incise Diagnostica molecolare Sistema stereotassico neurochirurgico

9 Prodotti Produzione additiva Fusione laser di metalli Colata sottovuoto in stampi di silicone Colata di metalli

10 Introduzione a Renishaw I fondamentali della fusione laser Caratteristiche del sistema Il futuro della tecnologia Investimenti

11 I fondamentali La fusione laser è un processo di produzione di oggetti in metallo che parte da dati digitali CAD tridimensionali Il risultato sono pezzi in metallo compatto direttamente da un file CAD Il processo fa uso di polvere metallo atomizzata per mezzo di gas, depositata in sottili strati successivi, fusi da un laser ad alta potenza a formare una matrice solida, piena e compatta. Sistema di distribuzion e della polvere Laser focalizzato, area circolare con diametro 70 µm Camera di processo Pezzo Finestra del laser Polvere di metallo Piattaforma mobile in direzione Z Gas inerte

12 I fondamentali La fusione laser è un processo di produzione di oggetti in metallo che parte da dati digitali CAD tridimensionali Il risultato sono pezzi in metallo compatto direttamente da un file CAD Il processo fa uso di polvere metallo atomizzata per mezzo di gas, depositata in sottili strati successivi, fusi da un laser ad alta potenza a formare una matrice solida, piena e compatta.

13 Introduzione a Renishaw I fondamentali della fusione laser Caratteristiche del sistema Il futuro della tecnologia Investimenti

14 Macchina AM250 Area di lavoro AM x 245 x 360 Velocità di lavoro da 5 a 20 cm³/h Spessore dello strato Diametro di messa a fuoco Opzioni laser Alimentazione da 20 a 100µm 70µm 200W 230V 16A Potenza impiegata 1,6 kw Consumo di gas <30 L/h

15 Camera di processo Contenitore della polvere Lente protettiva Uscita del gas inerte Sistema di dosaggio Ingresso del gas inerte Apertura di recupero della polvere

16 Macchina AM250

17 Atmosfera inerte Le macchine AM250 utilizzano atmosfera inerte e sono adatte all utilizzo con materiali reattivi. Estrazione dell atmosfera, con conseguente eliminazione di ossigeno e umidità Riempimento della camera con circa seicento litri di argon ad alta purezza Durante il processo l atmosfera è mantenuta al di sotto di 1000 ppm (0.1%) in ossigeno, o 100 ppm (0.01%) per leghe di titanio e alluminio Il consumo tipico di gas è tra 5 L/h e 30 L/h La preparazione del processo in vuoto conduce a un ottimo controllo sulla qualità dell atmosfera e conseguenti buone caratteristiche del materiale Avvio vuoto argon <0.1% O2 <30 L/h

18 Per scendere a 1000 ppm di O 2 Volume (L) Nitrogen Azoto Argon Vacuum Vuoto e & Argon argon Volume Volume of Tempo Gas Tempo (s) Volume di gas consumato e tempo necessario a generare un atmosfera inerte con contenuto di ossigeno di 1000 ppm (0.1%) L utilizzo del pre-vuoto permette di: Ridurre di 80% il consumo di gas Ridurre di 40% il tempo di avvio

19 Strategie di esposizione Il software di preparazione del file prevede la scelta tra diverse strategie di esposizione, e variabili di processo regolabili dall utente.

20 Strategie di esposizione Serpentina Applicazione: piccole superfici Rotazione di x gradi ad ogni strato successivo Limitazione: Le linee di scansione lunghe inducono maggiori tensioni residue Scacchiera Applicazione: grandi superfici Gli strati sono divisi in quadrati, tipicamente di 10 mm di lato Strategia di scansione a serpentina in ogni quadrato Questo stile di riempimento risulta in tensioni residue ridotte

21 Variabili di processo

22 Variabili di processo

23 Caratteristiche tipiche dei materiali Materiale Tensione di Carico di snervamento rottura Mpa Mpa Durezza HRC (BRN) Allungamento a rottura % Rugosità R a X, Y µm Rugosità R a Z µm Ti-6Al-4V Ti-6Al-4V (lavorato e ricotto) < 1 < 1 Acciaio 316L nd CoCr ASTM nd Alluminio AlSi (BRN)

24 AM250 Accuratezza lungo l asse Z Altezza dello strato (µm) Strato Altezze dello strato misurate con un interferometro laser Ogni strato è accurato in +/- 2 µm Misurato con un interferometro laser Renishaw XL-80, risoluzione pari a 1 nm e accuratezza pari a 0,5 µm/m

25 Gestione della polvere Tutta la gestione della polvere è effettuata tramite il comparto stagno POLVERI E SCARTI SONO MANEGGIATI A PORTE CHIUSE

26 Gestione della polvere Rimozione del gruppo filtro Smontaggio del gruppo filtro, dopo immersione in acqua Rimozione dell element o filtrante Filtro a bordo macchina con le valvole aperte

27 Gestione della polvere Il materiale può essere rimosso e setacciato durante la lavorazione Contenitore di recupero posteriore con doppia valvola Contenitore di recupero anteriore con doppia valvola

28 Ambiente operativo tipico Room layout

29 Introduzione a Renishaw I fondamentali della fusione laser Caratteristiche del sistema Il futuro della tecnologia Investimenti

30 Il Progetto Atkins I partecipanti al progetto: Boeing Bentley Motors Delphi Diesel Systems Renishaw Econolyst Alcon Perkins Engines Virgin Atlantic Loughborough University AMRG* *Additive Manufacturing Research Group (AMRG) ora presso la University of Nottingham sotto la guida del Prof. Richard Hague.

31 Il Progetto Atkins Progetto Il progetto ATKINS è sostenuto dal Technology Strategy Board (TSB) e da partner industriali tra cui Boeing, Virgin Atlantic and Bentley Motors. Scopo del progetto Il fine ultimo del progetto è quello di migliorare la sostenibilità e ridurre sensibilmente la quantità di anidride carbonica equivalente nelle fasi di progettazione, produzione e distribuzione di componenti automobilistici e aerospaziali. Questo obiettivo va raggiunto per mezzo di tecnologie di produzione additiva.

32 Progettazione additiva Progetto originale Progetto ottimizzato 1.2kg 2.5kg

33 Progettazione additiva Ricavato dal pieno 0.80 kg Struttura trabecolare 0.31 kg Ottimizzazione topologica 0.37 kg Immagini per gentile concessione della Loughborough University

34 Introduzione a Renishaw I fondamentali della fusione laser Caratteristiche del sistema Il futuro della tecnologia Investimenti

35 Investimenti Sito di Cardiff, Galles Stabilimento di Cardiff 80 ettari di terreno m² di stabilimento 1200 m² dedicati alla produzione additiva Oltre 18 milioni di Euro già investiti, con previsione di ulteriori investimenti.

36 Investimenti Sito di Cardiff, Galles Area di assemblaggio delle macchine AM250, stabilimento di Cardiff

37 Investimenti Sito di Cardiff, Galles Contenitori per la polvere per macchine AM250, gruppi di movimento asse Z, piastre del laser e gruppi filtro in attesa di assemblaggio a bordo macchina

38 Renishaw SpA Via Prati, Pianezza (TO) italy@renishaw.com