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1 L ATTREZZATURA: Presso il laboratorio Te.Si. sono presenti 4 tecnologie di Additive Manufacturing (AM): una sinterizzatrice per polveri metalliche/ceramiche, due stampanti 3D per il macro-additive Manufacturing, una stampante 3D per il micro-additive Manufacturing. Sistema Manudirect MSL50: è un sistema appartenente alla famiglia delle sinterizzatrici Direct Laser Metal Deposition (DLMD). Tale tecnologia consente la realizzazione di prototipi e di prodotti finiti mediante l aggiunta localizzata di materiale metallico e/o ceramico (vedi foto) strato per strato. L aggiunta di materiale avviene in modo diretto, attraverso un ugello presente nella camera di sinterizzazione che depone un cono di polveri a caduta verticale. Il processo di sinterizzazione/fusione avviene attraverso l attivazione di un

2 fascio laser, coassiale al cono stesso, che nel punto di fuoco va a sinterizzare/fondere le polveri metalliche/ceramiche che cadono nella zona di lavoro. Sistema Stratasys Dimension 1200es: è un sistema appartenente alla famiglia delle stampanti 3D denominate Fused Deposition Modeling (FDM). Tale tecnologia utilizza come materia prima degli avvolgimenti di polimero (stato solido) che vengono poi estrusi attraverso un ugello presente all interno della camera di lavoro. Il filamento estruso ad una temperatura di circa 300 C viene de posto su di una basetta di plastica, riproducendo il primo strato (la base) della parte da realizzare. Successivamente, ripetendo lo stesso processo strato per strato, la stampante 3D realizza il modello voluto (vedi foto che evidenzia la differenza col risultato del precedente).

3 Sistema Stratasys Objet30 Prime: è un sistema appartenente alla famiglia delle stampanti 3D denominate PolyJet. Tale tecnologia parte da un fotopolimero liquido che viene depositato sul piatto di lavoro riproducendo la sezione (o strato) del pezzo da realizzare. Una volta depositato tale strato liquido (con uno spessore che può variare dagli 8 ai 32 µm) la stampante attiva una lampada UV che fa polimerizzare il fotopolimero, solidificandolo. Una volta realizzato il primo strato (la base), la stampante ne deposita un altro sopra a quello precedentemente deposto e ripete il processo descritto precedentemente fino alla completa realizzazione del modello (vedi foto che evidenzia la differenza col risultato dei precedenti). Sistema nanoscribe photonic professional GT: è un sistema che si basa sul processo di litografia. A differenza delle comuni stampanti SLA (Stereolithography) tale sistema è in grado di creare modelli 3D in scale micro/nano-metriche. Il processo parte da una distesa di fotopolimero liquido, di uno spessore predefinito, il quale viene colpito da un fascio laser che, selettivamente, polimerizza soltanto le zone che interessano per la realizzazione del modello processato. A differenza della tecnologia PolyJet, nella nanoscribe tutta l area di lavoro viene riempita di fotopolimero liquido, mentre spetta al fascio laser la creazione selettiva degli strati che andranno a costituire la parte solida voluta (vedi foto che evidenzia la differenza con i risultati precedenti).

4 VANTAGGI E SVANTAGGI: Le tecnologie di Additive Manufacturing sono tecnologie di nuova generazione che permettono di creare oggetti 3D attraverso l aggiunta di materiale e non attraverso la sottrazione dello stesso (come avviene con le tecnologie tradizionali quali tornitura, fresatura ). Questo fatto comporta 2 vantaggi sostanziali rispetto alle tecnologie tradizionali: Ia possibilità di realizzare geometrie di complessità molto elevata (vedi foto). Questo vantaggio è strettamente legato al fatto che le tecnologie di AM non utilizzano utensili da taglio e quindi non presentano il problema del vincolo geometrico legato all ingombro dell utensile stesso. Infatti, non essendoci la presenza di un utensile, ogni tipo di geometria (sottosquadri compresi) è liberamente accessibile e riproducibile dalla tecnologia additiva impiegata. Dal punto di vista industriale, questo ha permesso di rivedere e riprogettare il prodotto conferendogli forme molto complesse e maggiormente funzionali rispetto alle soluzioni impiegate in precedenza (vedi foto).

5 la possibilità di lavorare un vasto assortimento di materiali. Le tecnologie di AM si prestano bene a lavorare una vasta scelta di materiali: dai metalli ai polimeri, dai ceramici ai compositi. Il vantaggio della mancanza di un utensile da taglio permette di poter lavorare materiali tradizionalmente ostici per le lavorazioni tradizionali, in quanto problematiche come l usura utensile, la formazione di cricche nella superficie dell utensile stesso o nel pezzo da lavorare vengono a mancare; riduzione degli scarti di lavorazione. A differenza delle tecnologie tradizionali dove si parte da un blocco unico di materiale grezzo che poi viene via via intagliato e modellato, le tecnologie additive aggiungono materiale solo dove strettamente necessario per la realizzazione della parte, riducendo drasticamente gli scarti di produzione e di conseguenza i costi legati ad essi. Dal punto di vista economico-industriale, le tecnologie di AM hanno permesso: una forte customizzazione del prodotto; la possibilità di creare prototipi funzionali in tempi ridotti rispetto ai metodi precedentemente impiegati; una riduzione del time-to-market; la possibilità di riprogettare il prodotto, rendendolo più funzionale allo scopo per cui è stato ideato e progettato; la riduzione dei costi di produzione per volumi di produzione medio-bassi e bassi; la riduzione del materiale di scarto; la possibilità di testare materiali di nuova generazione. I campi di impiego dove le tecnologie di AM trovano forte impiego sono: Aerospace Automotive Biomedicale Fashion/Modellismo Accademico Le tecnologie di AM comunque presentano ad oggi certi punti deboli che stanno offrendo ad aziende ed enti accademici una forte opportunità di ricerca e sviluppo. Infatti, negli anni, tali tecnologie hanno subito e stanno subendo tutt ora forti sviluppi riguardo a: sviluppo del processo di realizzazione additiva: un forte punto a sfavore della stampa 3D (sia essa relativa ai metalli e/o ai polimeri) è la qualità dimensionale e superficiale del pezzo. Infatti, gli oggetti realizzati con tecniche additive presentano ancora una finitura superficiale grossolana, fortemente dipendente dal tipo di tecnologia impiegata e dalla strategia di realizzazione seguita. Inoltre, per la maggior parte delle tecnologie additive, la qualità dimensionale della parte realizzata è fortemente

6 influenzata dalla tipologia del sistema additivo impiegato e dall orientazione di stampa scelta. Parte degli studi accademici ed industriali ad oggi si stanno concentrando moltissimo nell analisi e nel miglioramento della qualità finale del pezzo da realizzare; miglioramento delle caratteristiche meccaniche delle parti realizzate. I pezzi realizzati per AM presentano caratteristiche meccaniche fortemente dipendenti dall orientazione di stampa e dalla tipologia di sistema impiegate. Si sono svolte e si stanno svolgendo tutt ora ricerche approfondite su come i parametri di processo utilizzati possano influenzare la microstruttura e le caratteristiche meccaniche finali della parte realizzata; ricerca e sviluppo di nuovi materiali, più adatti alle tecnologie di stampa additiva e più performanti rispetto a quelli tradizionalmente impiegati; velocità di produzione. Malgrado la stampa 3D abbia portato a numerosi vantaggi rispetto all impiego di tecnologie tradizionali quando i volumi di produzione in gioco sono di media/bassa entità (con una vistosa riduzione dei costi e dei tempi di produzione), nei confronti di produzioni che richiedono elevati volumi di produzione esse si dimostrano tutt ora lente e poco efficienti, preferendo in questi casi tecnologie più consolidate e tradizionali (come quelle di injection molding per esempio). L immediato futuro dell AM riguarda: Il miglioramento ed il perfezionamento di sistemi già esistenti. Lo sviluppo di nuovi materiali tecnologicamente avanzati e adatti alla stampa 3D. L impiego delle tecnologie di AM in ambienti spinti (come quelli presenti nella stazione aerospaziale della NASA orbitante attorno alla Terra). L aumento del numero di componenti e di componentistica prodotti per AM in ambiti quali l aerospace (Aero Avio per esempio), il biomedicale e l automotive. L Additive Manufacturing è un campo tecnologico che porta enormi vantaggi rispetto alle tecnologie tradizionali (tornitura, fresatura, injection molding per esempio) quando i volumi di produzione in gioco sono limitati (medio-bassi) e fortemente customizzati. Si pensi al biomedicale, per esempio, dove grazie alla stampa 3D è ora possibile sviluppare e produrre protesi (sia interne che esterne) che rispondono perfettamente alle richieste e all anatomia del paziente, con materiali assolutamente biocompatibili per l organismo umano. Oppure in settori quali l aerospace, dove è stato possibile riprogettare certi componenti per renderli più funzionali e, soprattutto, più leggeri, riducendo sia il costo di produzione legato alla parte (riduzione degli scarti), sia quello di esercizio (riduzione del carburante impiegato durante i voli). Quando però i volumi di produzione aumentano e diventano elevati, le tecnologie di AM ad oggi perdono di competitività e si rivelano costose e poco efficaci (velocità di produzione basse) LE ATTIVITA : Il laboratorio Te.Si. fa capo al Dipartimento di Ingegneria Industriale dell Università degli Studi di Padova, fortemente attivo e propenso a collaborazioni tra Università e aziende. Nell ambito dell Additive Manufacturing, il laboratorio Te.Si. sta sviluppando e perfezionando insieme ad aziende italiane ed estere il sistema aperto (già presente in laboratorio) per sinterizzazione diretta MSL50, analizzando come i parametri di processo influenzino le caratteristiche e la qualità finale delle parti metalliche realizzate per AM. Di pari passo, il laboratorio assieme all azienda produttrice del sistema, si sta impegnando per sviluppare e migliorare le performance della tecnologia.

7 Inoltre, grazie alla presenza di tre sistemi per la stampa 3D di polimeri, il Te.Si. è in grado di produrre, testare e caratterizzare oggetti 3D realizzati per AM e analizzare come le scelte processuali (quali orientazione, strategia di deposizione, spessore degli strati,..) possano influenzare le caratteristiche finali del prodotto. Uno dei prossimi obiettivi in ambito AM sarà quello di ampliare l area additiva attraverso l arrivo di nuovi sistemi (sia per i metalli che per i polimeri), approfondendo così le conoscenze e le competenze relative ai sistemi di AM più avanzati e performanti in ambito accademico-industriale. Inoltre, un altro obiettivo fondamentale consisterà nel proseguire le collaborazioni nate e consolidate negli anni con altri gruppi di ricerca (gruppo di bioingegneria per esempio) e coltivarne di nuove sia con aziende, sia con enti accademici nuovi o gruppi di ricerca. Per informazioni e appuntamenti presso il Laboratorio: Uffici Spina Rovigo tel

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