Prototipazione rapida Sinterizzazione

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1 Processi additivi Prototipazione rapida Sinterizzazione Authors: M. Cantello, F. Mariotti, S. Gobbi, C. Rivela Modern Welding Techniques and its Effects on Industrial Products Quality Improvement 8-9/10/2003 Tripoli - Libya

2 Tecnologia-Sinterizzazione Metallurgia delle polveri Molti oggetti sono realizzati con la tecnica della compattazione e fusione di polveri. Questa tecnica venne sperimentata dal 1840 per la realizzazione di particolari oggetti di difficile produzione con tecniche tradizionali. I prodotti tipicamente realizzati con la sinterizzazione sono: Ingranaggi, camme, leve, inserti per il taglio, boccole, filtri, cuscinetti impregnanti di olio. Con questa tecnica si possono fare oggetti metallici o compositi di materiali ferrosi e non ferrosi, realizzando così materiali con caratteristiche particolari. I materiali più utilizzati sono: Alluminio, ferro, rame, stagno, nickel, titanio, tungsteno, tantalio, molybdeno. La tecnologia è realizzata mediante le seguenti fasi: Produzione delle polveri Miscelazione Compattazione Sinterizzazione

3 Tecnologia-Sinterizzazione Produzione polveri Atomizzazione: Mediante la quale il metallo fuso viene spruzzato attraverso un ugello ad alta pressione Riduzione: Il metallo di partenza viene ossidato mediante l uso di particolari gas particolarmente aggressivi Deposizione elettrolitica: partendo da soluzioni acquose o da bagni di sale fuso per effetto elettrolitico si ottengono particelle di materiale puro ed omogeneo Decomposizione termica di carbonili Fe(CO)5: Talli composti vengono decomposti mediante trattamenti termici in polvere di metallo. Polverizzazione: Produzione di particelle di metallo mediante lavorazione meccanica

4 Tecnologia-Sinterizzazione Miscelazione Dato che le polveri dei vari materiali hanno dimensioni e forme differenti occorre fare una miscela nella quale le varie particelle siano miscelate uniformemente La miscelazione è importante anche per il fatto che le caratteristiche del sinterizzato finale dipendono dalle varie tipologie di particelle utilizzate Nella miscelazione vengono anche immesse particelle di lubrificanti (cere o oli) che permettono lo scorrimento delle particelle in fase di compattazione del materiale La miscelazione può avvenire in ambienti gassosi, liquidi o a secco in funzione della particolare applicazione. Nella miscelazione occorre porre particolare attenzione alle esplosioni causate dall alto rapporto superficie-volume della particelle. In particolare per alluminio, magnesio o loro combinazioni. Occorre evitare scintille, fiamme, gas comburenti o ambienti particolarmente secchi.

5 Tecnologia- Sinterizzazione Compattazione La compattazione delle polveri miscelate avviene mediante opportuni stampi attuati da presse idrauliche oppure meccaniche. L obiettivo è quello di fare assumere determinate forme geometriche ed opportune consistenze per le successive manipolazioni ed opportuni contatti tra le particelle. Il prodotto compattato viene chiamato green part. La uniformità di compattazione dipende dal rapporto larghezza-lunghezza del provino. Le compattazioni vengono fatte a temperatura ambiente ma anche ad alte temperature.

6 Tecnologia- Sinterizzazione Compattazione Nel caso che occorra avere una buona uniformità di compattazione occorre separare i pistoni di compressione per garantire la ripartizione delle pressioni Le pressioni richieste arrivano fino a 800MPa con presse fino a 300 Tonnellate. Nella Compressione isostatica la polvere metallica è posta all interno di uno stampo di gomma deformabile ed immesso in una camera d acqua sulla quale si agisce mediante pistone a freddo (CIP) oppure a caldo si mette la polvere metallica in un contenitore in lamiera alto fondente e sottoposto ad una pressione gassosa (HIP).

7 Tecnologia- Sinterizzazione Sinterizzazione La parte verde viene posta successivamente in un forno per un ciclo termico che ne effettua al sinterizzazione. Tali temperature sono sotto il punto di fusione ma non tanto, in modo da effettuare delle giunzioni tra le particelle. La bontà del processo dipende dalle sue varie fasi ed in particolare: Diffusione Flusso di plasticizzazione Evaporazione del materiale volatile Ricristallizzazione Crescita dei grani Ritiro

8 Tecnologia- Sinterizzazione Tempi e temperature di sinterizzazione per vari metalli

9 Tecnologia- Sinterizzazione Processo di sinterizzazione La storia termica e di pressione del processo di sinterizzazione produce o meno il fenomeno dello shrinkage (ritiro o deformazione)

10 Tecnologia- Sinterizzazione Densità e sforzo di trazione in funzione della pressione di sinterizzazione 1 Pound = kg 1 Inch = 25,4 mm

11 Tecnologia- Sinterizzazione Caratteristiche meccaniche-elettriche in funzione della densità

12 Tecnologia-Sinterizzazione Considerazioni progettuali Un buon progetto dovrebbe prevedere: Strutture semplici ed uniformi Evitare brusche variazioni di spessore Evitare alti valori di lunghezza/diametro Effettuare raccordi di giunzione

13 Prototipazione Rapida La prototipazione rapida (RP Rapid prototyping) è una tecnologia di costruzione mediante la quale gli oggetti vengono realizzati con adduzione di materiale. La RP è nata nel 1986 dalla 3D Systems Inc., società americana capostipite del settore e, cinque anni più tardi, il primo apparato per la stereolitografia, la SLA-1. La notevole diffusione del CAD (bi e tridimensionale) ha accelerato e rafforzato questa tecnologia. La RP permette la realizzazione di differenti oggetti (comunque complessi) in una vasta gamma di materiali. Vi è una notevole automatizzazione del processo che permette una notevole riduzione di costi nell ambito del prototipo, sperimentazione (non nella produzione massiva). Il prototipo come oggetto fisico è molto importante in ambito di lancio di un prodotto sul mercato per una analisi del marketing, del progetto e delle altre funzioni aziendali (occorrono tempi brevi e bassi costi per reiterare il prototipo) La disponibilità di macchine per la realizzazione diretta di oggetti fisici ha allargato e sta allargando il campo della RP al campo della produzione dedicata a singoli pezzi (medicina, abbigliamento )

14 Prototipazione In tutto il mondo industrializzato, la necessita' di ridurre i tempi di progettazione e di realizzazione e soprattutto il bisogno di avere ottima qualità fin dal lancio iniziale di un prodotto, ha stimolato lo sviluppo delle Tecnologie di Compressione del Tempo (TCT). Le tecnologie TCT sono basate sull'ingegneria Parallela e sull'uso del Modello Matematico di un oggetto elaborato attraverso un CAD Tridimensionale (Reverse Engineering, Modellazione Concettuale e Disegno Industriale Fisico, Fast Project Verify, Rapid Prototyping, Rapid Tooling, etc..). Per il ciclo produttivo di un'azienda un aspetto fondamentale è quello di avere a disposizione un metodo efficace ed efficiente che, durante la fase di progettazione e/o restyling di un prodotto, permetta di decidere nel più breve tempo possibile le caratteristiche fondamentali che il particolare dovrà avere, avendo la possibilità di vagliare in tempo reale differenti alternative. Il CAID (Computer Aided Industrial Design) mette a disposizione l'utilizzo di sofisticate tecniche, che a partire dal modello tridimensionale, permettono al progettista di valutare immediatamente differenti versioni dello stesso in termini di forma estetica ed ergonomica, colore, ambientazione, proprietà fisiche e meccaniche, il tutto attraverso modelli virtuali ed animazioni digitali, studi di forme e materiali, disegno e rendering di immagine, acquisizione e trattamento immagini, stampe ed animazioni fotorealistiche. A partire dal modello tridimensionale realizzato al CAD 3D, una volta approvato in base ai canoni estetici, di immagine e di funzionalità dell' industrial design, è possibile realizzare un modello in prototipazione rapida (Rapid Prototyping) che permetta la verifica immediata di progetto. Detto modello prototipale potrà avere caratteristiche funzionali nel qual caso sarà realizzato mediante tecnologie RP.

15 Prototipazione La pre-produzione, per un'azienda, costituisce un'ulteriore fondamentale fase di verifica progettuale: la costruzione di uno stampo pilota, consente di ottenere, da una parte, una prima campionatura di pezzi e dall'altra un sistema poco costoso, rapido e sicuro per lo studio e la progettazione dello stampo definitivo. In questo campo sono presenti sul mercato macchine di Attrezzaggio Rapido (Rapid Tooling) che, attraverso la sinterizzazione di polveri metalliche, realizzano inserti prototipali adatti, ad esempio, a stampare fino a decine di migliaia di pezzi nei materiali termoplastici standard. Le macchine di R.P. ed R.T. sono altamente innovative e permettono, con tecnologie e materiali diversi, la realizzazione di parti prototipali e di serie campione in materiale definitivo a partire dal "modello matematico" realizzato direttamente con un CAD 3D o attraverso un processo di Reverse Engineering, senza interpretazioni di nessun genere e servendosi di processi rapidi, flessibili e altamente automatizzati. Tali sistemi utilizzano processi "additivi", ossia ricostruiscono il pezzo, "aggiungendo" materiale in strati successivi partendo dal modello matematico tridimensionale.

16 Uso dei prototipi Valutazioni estetiche (Concept Modeling). Valutazioni dimensionali e di congruenza di forma Valutazioni funzionali incastro, resistenza, IP, etc.. Realizzazione di maquette statiche, valutazioni estetiche ed ergonomiche, presentazioni, plastici, riproduzioni di opere d'arte,... Modelli per fonderia in terra o in sabbia di precisione. Realizzazione di parti in metallo per microfusione (alluminio, acciaio, zama,...) Pre-Serie in resina da stampo siliconico, in leghe d'alluminio da Spin Casting, o altri materiali. Uso degli stampi rapidi Iniezione di materie plastiche, ove si ottengono, per geometrie di media complessita', da alcune migliaia di pezzi con plastiche morbide (quali Polipropilene e ABS), ad alcune centinaia per plastiche dure (quali Nylon caricati e Policarbonati); Matrice per l'iniezione di cera per impiego in microfusione Parti in gomma ottenute per colata e vulcanizzazione Elettroerosione (INDIRECT TOOLING): creando direttamente la forma dell'elettrodo ed utilizzandolo quindi in applicazioni di Elettroerosione a tuffo.

17 Settori di applicazione dei prototipi e stampi rapidi Autoveicoli e mezzi di trasporto. Componentistica meccanica e parti di macchine. Prodotti in plastica. Accessori per pelletteria, occhiali, moda in genere. Parti di macchine e accessori per l'area biomedicale. Ceramica. Verifiche estetiche e di ergonomicita' nell'industrial Design. Stampi in plastica e fonderie. Protesi e modelli per uso medico. Settore artistico e dei beni culturali.

18 Interfacciamento tra i sistemi CAD e RP Il prototipo deve essere disegnato al CAD utilizzando un modellatore tridimensionale solido o superficiale. Soprattutto nel caso dei modellatori superficiali bisogna porre particolare attenzione alla chiusura e alla connessione di tutte le superfici, onde evitare che siano presenti gap o sovrapposizioni che vadano a inficiare il risultato del lavoro di modellazione. Successivamente il modello CAD viene elaborato secondo il metodo introdotto dalla 3D Systems, che è stato il primo standard accettato da tutti i costruttori. Questo metodo prevede la tassellizzazione (o mesh) della geometria definita utilizzando elementi triangolari. Questo procedimento si realizza approssimando tutte le superfici a una distesa di triangoli, l uno accostato all altro. Inevitabilmente questo passaggio introduce un errore che viene valutato misurando la distanza tra il baricentro del triangolo e la superficie (solitamente una calotta). Questa scelta permette di infittire il numero dei triangoli in presenza di una superficie curva del modello e di conseguenza di raggiungere una approssimazione migliore.

19 Meshatura su CAD per sistemi RP

20 Reverse Engineering Le attività di Ricerca e Sviluppo richiedono frequentemente la creazione di un modello CAD tridimensionale a partire da particolari già esistenti, che però necessitano di ulteriori aggiustamenti e sviluppi. Le tecnologie di Reverse Engineering permettono, attraverso sofisticati sistemi di misurazione e digitalizzazione, la creazione di una serie di linee o una nuvola di punti rappresentanti l'oggetto; questi dati possono essere gestiti o da software specifici o dal CAD 3D stesso per ricostruire il modello matematico 3D dell'oggetto di partenza per essere poi utilizzato per la riproduzione diretta con sistemi di Rapid Prototyping o preparazione con sistemi di Rapid Tooling o la produzione con macchine CN. Lo stato dell'arte attuale dei sistemi di digitalizzazione è rappresentato dai sistemi a Scansione Laser senza contatto: questi sistemi sono in grado di misurare le coordinate spaziali di un enorme numero di punti, su oggetti anche di grande dimensione, in un tempo assai ridotto senza toccare la superficie dello stesso. Attività connesse al Reverse Engineering Acquisire i dati di un oggetto fisico attraverso sistema di scansione Elaborare la o le nuvole di punti per ottenere il modello unico. Elaborare il modello unico per ottenere il modello matematico. Risolvere problemi legati al formato dei dati impiegati.

21 Adduzione Con il termine Rapid Prototyping si intende un insieme di processi che realizzano modelli e componenti per addizione di materiale layer by layer a partire da un modello matematico tridimensionale. Diversamente da tutte le macchine tradizionali che funzionano per sottrazione successiva di materiale da un blocco nel quale è contenuta la forma che si vuole ricavare, i sistemi di RP fabbricano strati successivi di materiali costituiti di volta in volta da liquidi, polveri, fili o laminati; così strato dopo strato, queste macchine ricostruiscono l oggetto che rappresenta il modello matematico di partenza Tecniche Stereolitografia SL Selective laser sintering SLS Fused deposition modeling FDM Laminated object manufacturing LOM Solid ground curing SGC 3D printing Parametri Tempi di lavorazione Tolleranza dimensionali Finitura superficiale Resistenza dei materiali alle sollecitazioni meccaniche, termiche e chimiche Resistenza dei materiali alle condizioni climatiche

22 La stereolitografia (SL) La stereolitografia, che utilizza fotopolimeri, è il primo e più importante sistema di RP commercialmente diffuso. La tecnica della stereolitografia coinvolge quattro differenti aspetti: laser, ottica, chimica dei fotopolimeri e software. Il processo è suddiviso in quattro fasi principali: preparazione, costruzione, pulizia e post-trattamento. 1 - Preparazione. Avviene su workstation e prevede (ove necessario) anche la predisposizione dei supporti necessari per il sostegno del particolare durante la sua realizzazione. 2 - Costruzione. La fase di costruzione del prototipo è controllata dal calcolatore. Il fascio laser (con potenze dell'ordine di qualche decina di mw) viene localizzato, mediante un opportuno sistema ottico, sulla superficie della vasca contenente il monomero epossidico (allo stato liquido). Il fascio laser innesca una reazione chimica a catena che ha per effetto la polimerizzazione e perciò la creazione di una particella solida. Il movimento nel piano di focalizzazione del laser consente la realizzazione della prima sezione del prototipo. L elevatore si abbassa di una quantità pari allo spessore di fotopolimero solidificato e una lama o un sistema di ricopertura di precisione, ricopre la sezione appena costruita di un film liquido di monomero e il processo riprende con la solidificazione di uno stato successivo che aderisce stabilmente alla sezione sottostante.

23 3 -Pulizia Il processo continua fino alla completa realizzazione del prototipo, che verrà estratto dalla vasta sollevando l elevatore e pulito per la rimozione completa del liquido non polimerizzato. 4 - Post trattamento È chiaro che per ragioni di tempo di polimerizzazione, il laser non può solidificare integralmente la sezione ma si limiterà al suo profilo e ad un certo numero di linee che congiungono il perimetro interno con quello esterno. Al termine di questa fase, il particolare (green part) è solidificato all esterno ma non completamente all interno. Essendo la consistenza fisica non ancora accettabile, dovrà subire un post-trattamento per completare il processo di polimerizzazione. Quest ultimo consiste nell esposizione del particolare ad una lampada ad ultravioletti: la durata di questo processo è funzione delle dimensioni del particolare. In questo modo si completa la polimerizzazione della resina liquida ancora intrappolata all interno del pezzo (red part). Completato il post-trattamento si provvede all asportazione degli eventuali supporti e alla finitura del pezzo.

24 Schema funzionale della Steroelitografia

25 Sterelitografia Specifications Build envelope: Materials used: Layer thickness: 500 mm L x 500 mm W x 500 mm D UV photocurable resin 0.1 mm

26 Sterelitografia Specifications Build envelope: Materials used: Layer thickness: 350 mm L x 350 mm W x 350 mm D UV photocurable resin (e.g. SL5195) 0.05 and 0.1 mm

27 Sinterizzazione laser LS-Laser Sintering Vi sono diverse tecnologie che fanno uso della sinterizzazione laser per la creazione di prototipi a partire da un materiale che ha consistenza di polvere. Le modalità operative del processo sono suddivise nelle seguenti fasi: Stesura materiale Uno strato di polvere viene deposto dal rullo e pressato sull elevatore. La camera dove avviene la sinterizzazione è mantenuta in atmosfera inerte e ad una temperatura prossima a quella di fusione della polvere, sia per minimizzare l energia richiesta al laser, sia per minimizzare gli effetti del cambiamento di volume indotto dal cambiamento di fase Sinterizzazione La radiazione laser sinterizza la polvere dando origine al profilo della sezione Traslazione L elevatore si abbassa di una quantità pari allo spessore della sezione ed il processo può riprendere fino alla completa costruzione del prototipo. Grazie al metodo costruttivo non sono necessari supporti nel particolare in lavorazione, che viene sostenuto dalla polvere non sinterizzata. Il particolare finito (red part) generalmente non necessita di post-trattamento e deve essere estratto e pulito dalla polvere non sinterizzata. Non si presentano problemi per l evacuazione delle polveri rimaste nelle cavità interne. Il laser impiegato è al CO 2 con una potenza decisamente superiore a quello usato nella stereolitografia. I materiali che possono essere utilizzati sono molto numerosi e dipendono dalla macchina a disposizione

28 Schema funzionale della LS

29 Sinterizzazione laser Specifications Laser: 50 W CO 2 Build envelope: Materials used: Layer thickness: 350 mm L x 250 mm W x 500 mm D Fusible powders, thermoplastics, Duraform, Castform, Copper Polyamide, RapidSteel 2.0, glass-filled Duraform 0.07 and 0.12 mm depending on materials

30 Sinterizzazione laser Laser: Build envelope: Materials used: Layer thickness: 2 x 50 W CO 2 simultaneous lasers 720 mm L x 380 mm W x 380 mm D Silica sand 0.15 and 0.2 mm depending on materials

31 Laser sintering Torre per scacchi, base 9 cm, sinterizzazione laser di sabbia Raccordo per testa motore, parte interna dello stampo sinterizzata in sabbia Ragno, sinterizzazione laser di polvere di acciao, infiltrazione con rame

32 Fused Deposition Modeling (FDM) E' l'unico sistema che impiega fili e barrette di materiali differenti per costruire il prototipo. Il cuore del sistema è la testa di estrusione che fonde il materiale (ad una temperatura che dipende dal materiale stesso, ad esempio per l'abs circa 270 C) e lo deposita in sottili strati tramite un ugello calibrato. La testa di estrusione si muove nel piano per poter generare il contorno della sezione in lavorazione. La prima sezione viene realizzata su un supporto che si muove verticalmente e consente la costruzione del prototipo. La testa di estrusione, una volta realizzati i perimetri interno ed esterno della sezione, dovrà riempire lo spazio compreso tra questi per incrementare le proprietà meccaniche del prototipo. Il particolare non necessita di post-trattamento, gli eventuali supporti vengono generati automaticamente dal software di gestione. Il controllo della temperatura della testa di estrusione e della zona di lavoro è di fondamentale importanza per la corretta costruzione del particolare. Il processo ha il vantaggio di essere "pulito" dal punto di vista dell'impatto ambientale e la stazione di lavoro può essere installata a fianco di un CAD. I materiali impiegati sono a basso punto di fusione e alcuni di questi sono cera, ABS, lega ABS-metacrilato. Le dimensioni di lavoro dei sistemi FDM variano da 250x250x250 mm a 600x500x600 mm.

33 Schema funzionale della FDM

34 Laminated Object Manufacturing (LOM) Il sistema LOM permette la produzione di modelli per successiva sovrapposizione di strati di carta termoadesiva. Le fasi del processo sono le seguenti: Posizionamento carta. Il sistema di trascinamento posiziona la carta sulla zona di lavoro Incollaggio carta. Un rullo riscaldato incolla la carta sul supporto Taglio carta. La testa laser, comandata via software, provvede al taglio dei contorni della sezione ed esegue una serie di tagli a profilo rettangolare dove vi è il materiale in eccesso (questi ultimi sono necessari perché permetteranno l eliminazione delle parti eccedenti dal blocco finale) Traslazione. Il supporto scende di una quantità pari allo spessore del foglio di carta Trasporto nuovo strato. Il sistema di trascinamento provvede ad un successivo posizionamento di carta sul supporto ed il processo prosegue fino al completamento del prototipo Al termine delle operazioni si ha a disposizione un blocco di materiale stratificato da cui occorre estrarre il prototipo. L'estrazione è un'operazione delicata e deve essere effettuata con mezzi idonei a rimuovere il materiale in eccesso senza rovinare il particolare costruito. Nel caso di corpi cavi a sezione variabile (contenitori di liquidi,...) è necessario interrompere periodicamente il processo per svuotare il prototipo dal materiale in eccesso, operazione che non sarebbe possibile a processo ultimato (se non costruendo il modello in 2 parti). Il modello prodotto ha una consistenza paragonabile a quella del laminato di legno duro e necessita della verniciatura per proteggerlo dall'umidità. Il modello così creato può essere utilizzato direttamente nei processi di fusione oppure come master in legno.

35 Schema funzionale della LOM

36 Schema funzionale della LOM

37 Macchina LOM Laser: 50W CO2 ; Dimensioni di lavoro:813x559x508mm ; Materiale:Carta Adesiva ; Spessore layer:0,1mm

38 Prototipo LOM Albero a camme

39 LOM per produzione di stampo sferico

40 LOM di lamiera per produzione stampo per plastica

41 Solid Ground Curing (SGC) Il processo tecnologico della SGC si articola nelle seguenti fasi: Mascheraggio.La sezione generata dal software viene utilizzata per produrre, su un supporto di vetro, una maschera che riproduce in negativo la sezione stessa (il principio sfruttato è analogo a quello della deposizione del toner nei processi di fotocopiatura). Sinterizzazione. Il supporto di vetro viene posto al di sopra di uno strato di resina depositato poco prima ed illuminato da una lampada ad ultravioletti; in questo modo si solidificano contemporaneamente tutti i punti della sezione da costruire Pulizia.La parte di resina non polimerizzata viene aspirata Riempimento. Sull intera superficie viene deposto uno strato di cera liquida che immediatamente dopo verrà solidificata impiegando una piastra raffreddata Fresatura. Lo strato costituito da cera e resina solidificate viene fresato per ottenere una sezione di spessore costante Traslazione. L elevatore si abbassa di una quantità pari allo spessore della sezione costruita, il supporto di vetro viene pulito, un sottile strato di fotopolimero viene deposto sull elevatore ed il processo riprende fino al completamento del prototipo Al termine si ha a disposizione un blocco compatto di cera e resina solidificata, il lavaggio finale con acqua in soluzione citrica permette l asportazione della cera e l estrazione del particolare. I materiali impiegati sono resine analoghe a quelle utilizzate per la stereolitografia; per di più, è possibile usare resine ad alta viscosità che garantiscono un basso coefficiente di ritiro.

42 Solid Ground Curing (SGC) 1-Mascheraggio e sinterizzazione 2-Aspirazione resina 3-Riempimento con cera 4-Fresatura 5-Traslazione e deposito resina Schema funzionale della SGC

43 3D Printing Comprende numerose tecnologie per la prototipazione attraverso l utilizzo di polveri ceramiche, polveri di cellulosa e polveri metalliche. La sequenza di operazioni necessarie per la preparazione di un prototipo è del tutto simile a quella della sinterizzazione laser e si differenzia da quest ultima per il metodo impiegato nell unione delle polveri. In tale tecnologia vengono unite mediante un collante spruzzato con la tecnica della stampa a getto d inchiostro. Non sono necessari supporti per il particolare che però, deve essere estratto delicatamente dalle polveri. Il sistema di incollaggio deve possedere le seguenti caratteristiche: la soluzione spruzzata deve contenere un alta percentuale di collante ed avere bassa viscosità la soluzione deve essere leggermente conduttiva per agevolare il lavoro della testina di stampa il collante deve essere fatto asciugare rapidamente prima di poter applicare un secondo strato di polvere È necessaria, poi, una fase di post-trattamento di tipo combinato termico e chimico, al fine di evitare disgregazioni e per conferire migliori caratteristiche meccaniche all elemento prodotto. Oltre a quelle già nominate si segnalano, in questo gruppo, macchine desktop; le dimensioni ed il costo contenuto ne fanno un prodotto con una base di potenziali utilizzatori sicuramente più ampia dei sistemi RP tradizionali.

44 Schema funzionale della 3D Printing - Multi Jet Material Head

45 Sequenza operativa 3D Printing

46 3d printing Specifications Build envelope: Materials used: Layer thickness: 12 in L x 6 in W x 9 in D (304.8 mm L x mm W x mm D) Protobuild (wax) in (0.013 mm) to in (0.076 mm)

47 3d printing Specifications Build envelope: Materials used: Layer thickness: 250 mm L x 200 mm W x 200 mm D Wax (thermojet 85), in black or grey

48 3d printing Specifications Build envelope: Materials used: Layer thickness: 250 mm L x 200 mm W x 200 mm D Plaster (ZB100), Starch (ZB11) mm

49 Stereolithography (SL) cuts lead time by 90% on new manifold for The Rover Group

50 Stereolithography (SL) cuts lead time by 90% on new manifold for The Rover Group The Challenge The manifold had to demonstrate an innovative plenum chamber designed for efficient movement of atmosphere into the cylinders to mix with the injected fuel. At 450mm x 260mm x 250mm high, the large-scale components had to be produced as a single part to provide accurate flow characteristics. The Results Using SL, Rover was able to create from the CAD design a major engine component -- the multitract injection manifold -- in only 39 hours, and at a cost of only 1,200. Before SL, Rover would have had to rely on traditional patternmaking techniques to produce master patterns, followed by complex core making and casting. The process would have taken 16 weeks at a cost of 22,000. This produced a savings of more than 90% over traditional methods of prototype model manufacturing. Benefits with RP: 1)Verify design assumptions and computations very early in the process 2) Rapidly make design changes or remake parts ; 3)Connect multifunctional teams working from a common database 4)Devote more time to creative thinking and design The Process Rover design engineers created the actual manifold database using Computervision Solid Design and converted the original CAD model using the CV-to-STL translator. This data was then processed onto the SLA system. Once the design was accepted as intent, further manifolds were created and perfect reproductions were investment cast in aluminum using the lost wax process. These reproductions then went on to further test and evaluation. Rover claims to be ahead of other automotive companies within Europe by including investment casting within their process. Since acquiring its SLA system in June 1991, Rover has produced more than 250 different SL parts, including such items as full automotive heater systems, ducts, manifolds and casting patterns.

51 Ford wiper cover

52 Ford heralds a new era of manufacturing innovation a dramatic shortcut to prototype tooling with tremendous potential for slashing time and cost for production tooling. When production units of a rear wiper motor cover for the 1994 Explorer were needed for testing, several tooling alternatives were explored. Traditional methods would have provided the tool in three months. Ford used the QuickCast build style in its first application of rapid tooling by investment casting stereolithography mold halves to create the hard tool. They first built an SL model of the cover, fit it over the wiper motor to verify design integrity, and found a clearance problem. The plastic part was modified by hand, fit was re-verified, and the CAD model adjusted. Pro/MOLDESIGN software was then used to create "negative" mold halves from the same CAD data. Shrink factors were applied to compensate for the SL resin, A2 steel, and polypropylene end product material. The SLA 250 system generated QuickCast build style patterns resulted in a core and cavity pair investment cast in A2 steel. Knowledge of the cast metal's characteristics facilitated changes in a second set of production tooling, e.g., inclusion of ejector holes and addition of cooling lines. The turnaround time for the second set of tooling was only four weeks. The cost for "QuickCast Tooling" was only $5,000 per tool set, compared to the $33,000 quoted for machining a single tool. Ford was able to start durability and water flow testing 18 months ahead of schedule, with costs reduced by 45% and time savings of more than 40% achieved.

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