L’azienda iraniana Vandad Sanat ha sviluppato P240-A, un sistema industriale per la produzione additiva di componenti metallici basato sulla tecnologia Directed Energy Deposition (DED). La macchina utilizza filo metallico come materiale di alimentazione e un laser in fibra da 2 kW come sorgente energetica, con l’obiettivo di produrre componenti di grandi dimensioni, aggiungere materiale a pezzi esistenti e intervenire nella riparazione di parti ad alto valore.
Il progetto assume una particolare importanza per l’industria manifatturiera iraniana. Vandad Sanat presenta infatti P240-A come una piattaforma sviluppata localmente per ridurre la dipendenza da sistemi di produzione additiva importati, particolarmente costosi e difficili da reperire sul mercato iraniano.
L’azienda indica tra i possibili settori di applicazione l’industria aerospaziale, energetica, petrolifera e del gas, automobilistica, medicale e della produzione di attrezzature industriali.
P240-A non punta quindi alla stessa categoria delle stampanti 3D metalliche compatte basate sulla fusione di un letto di polvere. Dimensioni dell’area operativa, velocità di deposizione e architettura a cinque assi collocano il progetto di Vandad Sanat nell’ambito delle macchine destinate alla produzione e alla riparazione di componenti industriali.
Vandad Sanat nasce nel 2018 con un progetto focalizzato sulla manifattura avanzata
Vandad Sanat, il cui nome societario viene indicato anche come Nam Avaran Sanat Vandad, è stata fondata nel 2018 da un gruppo di ingegneri e ricercatori provenienti principalmente dai settori della meccanica e dei materiali.
L’azienda opera dal Pardis Technology Park, nell’area di Teheran, e concentra le proprie attività su produzione additiva metallica, sistemi DED, lavorazioni CNC, reverse engineering, monitoraggio dei processi e soluzioni di manifattura ibrida.
P240-A viene indicata da Vandad Sanat come il proprio primo modello commerciale di tipo A basato sulla tecnologia Directed Energy Deposition.
L’azienda sostiene inoltre che si tratti del primo sistema industriale di questa categoria progettato e costruito in Medio Oriente. Si tratta però di un’affermazione del produttore per la quale, al momento, non risultano disponibili verifiche indipendenti sufficienti per stabilire con certezza il primato regionale.
Più significativa dal punto di vista industriale è la capacità dichiarata da Vandad Sanat di aver sviluppato internamente macchina, integrazione del sistema di movimentazione, controllo del processo e infrastruttura dedicata alla deposizione metallica.
Come funziona la tecnologia Directed Energy Deposition
La tecnologia Directed Energy Deposition, normalmente abbreviata in DED, appartiene alla famiglia dei processi di produzione additiva metallica.
A differenza delle tecnologie Powder Bed Fusion, nelle quali un laser fonde selettivamente strati di polvere distribuiti su un piano, nei sistemi DED il materiale viene fornito direttamente nel punto in cui avviene la fusione.
Il materiale può arrivare sotto forma di polvere oppure di filo. Nel caso di Vandad Sanat P240-A viene utilizzato un filo metallico.
Durante la lavorazione, il sistema porta continuamente il filo verso la zona di deposizione. Il laser crea un piccolo bagno di fusione sul substrato e fonde contemporaneamente il materiale in ingresso. Spostando la testa e controllando l’alimentazione del filo, il metallo viene depositato secondo il percorso programmato.
Il processo viene ripetuto progressivamente, formando strati e cordoni sovrapposti fino alla realizzazione della geometria prevista dal modello digitale.
Uno dei vantaggi della tecnologia DED è che la deposizione non deve necessariamente partire da una superficie completamente vuota. Il materiale può essere aggiunto direttamente a un componente già esistente.
Questa caratteristica consente di utilizzare il processo non soltanto per costruire nuovi componenti, ma anche per riparare, ricostruire o modificare pezzi industriali costosi.
Un laser in fibra da 2 kW alimenta il processo
Il cuore del sistema P240-A è un laser in fibra da 2 kW.
L’energia del laser viene concentrata nella zona di lavorazione per creare il bagno di fusione nel quale viene introdotto il filo metallico.
La potenza disponibile permette a Vandad Sanat di dichiarare una capacità di deposizione compresa tra 2 e 4 chilogrammi di materiale all’ora.
Un valore di questo tipo evidenzia una delle principali differenze tra DED e processi come Laser Powder Bed Fusion.
La tecnologia a letto di polvere è particolarmente adatta alla produzione di geometrie complesse, dettagli minuti e componenti dalle dimensioni relativamente contenute. La DED tende invece a privilegiare velocità di deposizione, dimensione del componente e possibilità di aggiungere materiale a strutture già realizzate.
La superficie ottenuta direttamente mediante DED non è necessariamente quella definitiva richiesta da un componente meccanico di precisione. Per questo motivo il processo viene frequentemente associato a lavorazioni sottrattive successive.
È proprio in questa direzione che Vandad Sanat sta sviluppando la propria piattaforma produttiva.
Un volume operativo di 1.150 × 800 × 2.050 millimetri
P240-A dispone, secondo i dati pubblicati da Vandad Sanat, di uno spazio operativo di 1.150 × 800 × 2.050 millimetri.
Il dato evidenzia l’orientamento industriale della macchina. La possibilità di lavorare su un’altezza superiore ai due metri amplia infatti il campo di applicazione rispetto alle stampanti metalliche da laboratorio o ai sistemi Powder Bed Fusion di formato medio.
Le dimensioni sono particolarmente interessanti nel caso della riparazione di componenti esistenti.
Una delle applicazioni più consolidate della tecnologia DED consiste infatti nel ricostruire soltanto le zone danneggiate di un pezzo anziché produrre nuovamente l’intero componente.
La tecnica può essere impiegata, per esempio, per ricostruire superfici consumate, bordi, sedi, elementi di utensili e parti sottoposte a erosione.
Questa possibilità assume un valore economico maggiore quando il pezzo originale è grande, costoso oppure richiede tempi di approvvigionamento elevati.
Movimentazione CNC su cinque assi
Un altro elemento importante della P240-A è il sistema di movimentazione CNC a cinque assi.
Nella produzione additiva tradizionale, il componente viene normalmente costruito sovrapponendo sezioni prevalentemente parallele. Un sistema multiasse permette invece di modificare l’orientamento relativo tra testa di deposizione e componente.
Questo consente di raggiungere superfici che sarebbero più difficili da trattare con una configurazione esclusivamente cartesiana e offre maggiore libertà nella generazione dei percorsi di deposizione.
La combinazione tra DED e movimentazione multiasse è particolarmente utile quando si lavora su componenti già esistenti, perché la superficie sulla quale deve essere aggiunto il materiale può trovarsi su lati o orientamenti differenti.
Vandad Sanat affianca al sistema CNC un’alimentazione automatica del filo e un sistema di monitoraggio del processo ad anello chiuso.
L’obiettivo è mantenere sotto controllo parametri come geometria del deposito, alimentazione del materiale e comportamento del bagno di fusione durante la costruzione.
Vandad Sanat dichiara una precisione di 5 micrometri
Tra le specifiche più ambiziose pubblicate da Vandad Sanat compare una precisione dichiarata di 5 micrometri.
Il dato deve essere interpretato con cautela.
In un sistema DED di grandi dimensioni è necessario distinguere tra precisione del sistema di movimentazione, ripetibilità degli assi, accuratezza di posizionamento e tolleranza effettivamente ottenibile sul componente dopo la deposizione.
Il cordone metallico prodotto da un processo DED presenta infatti caratteristiche geometriche determinate da numerosi fattori: potenza del laser, velocità di avanzamento, portata del materiale, diametro del filo, dimensione del bagno di fusione, temperatura del componente, strategia di deposizione e accumulo termico.
Per questo motivo una tolleranza micrometrica sul componente finale viene normalmente ottenuta combinando la deposizione additiva con una successiva lavorazione CNC.
La precisione di 5 micrometri rimane quindi, allo stato delle informazioni disponibili, una specifica dichiarata da Vandad Sanat e sarebbe utile disporre di prove metrologiche indipendenti per comprenderne esattamente le condizioni di riferimento.
Acciaio inox, titanio, alluminio e superleghe di nichel
La P240-A è progettata per utilizzare fili metallici appartenenti a diverse famiglie di materiali.
Vandad Sanat indica compatibilità con acciai inossidabili, leghe di titanio, leghe di alluminio e leghe a base di nichel.
L’azienda ha inoltre mostrato componenti prodotti in acciaio inossidabile 316L, una lega molto utilizzata nella produzione additiva grazie alla resistenza alla corrosione e alle buone caratteristiche di lavorabilità.
Il passaggio da un materiale a un altro non consiste però semplicemente nel sostituire la bobina di filo.
Ogni lega richiede lo sviluppo di una finestra di processo appropriata, con parametri relativi a potenza del laser, velocità di deposizione, alimentazione, atmosfera protettiva e gestione termica.
La temperatura assume particolare importanza nella DED perché, aumentando l’altezza del componente, cambia anche il modo nel quale il calore viene accumulato e dissipato.
Questo fenomeno può influire sulla microstruttura del materiale, sulle tensioni residue e sulle proprietà meccaniche ottenute nelle diverse zone del pezzo.
Studi condotti sulla DED con filo in acciaio 316L e titanio Ti-6Al-4V mostrano infatti quanto velocità di raffreddamento, strategia di deposizione e storia termica possano modificare struttura cristallina e comportamento del materiale.
Produzione di nuovi pezzi, ma soprattutto riparazione e ricostruzione
Un sistema come P240-A non deve essere valutato esclusivamente come una “stampante 3D” destinata a produrre oggetti partendo da zero.
Uno degli impieghi più interessanti della tecnologia DED riguarda la riparazione di componenti esistenti.
Un pezzo industriale danneggiato può essere analizzato, eventualmente digitalizzato attraverso sistemi di scansione 3D, lavorato per eliminare la zona compromessa e successivamente ricostruito depositando nuovo materiale.
Dopo la deposizione, la superficie può essere rifinita attraverso fresatura, tornitura o rettifica.
Il procedimento può risultare interessante per componenti destinati all’industria petrolifera e del gas, turbine, attrezzature, stampi e parti meccaniche caratterizzate da costi elevati.
Lo standard ASTM F3187 dedicato alla Directed Energy Deposition identifica infatti tra gli impieghi della tecnologia proprio riparazione, prototipazione e produzione di componenti in piccoli volumi.
Il ruolo della manifattura ibrida
Vandad Sanat sta inoltre sviluppando il proprio ecosistema produttivo combinando P240-A con centri di lavoro CNC.
È un approccio definito manifattura ibrida, nel quale tecnologie additive e sottrattive vengono impiegate all’interno dello stesso processo produttivo.
La DED può costruire velocemente una geometria prossima a quella finale, aggiungendo materiale soltanto dove necessario. La fresatura CNC interviene successivamente sulle superfici che richiedono tolleranze dimensionali strette, accoppiamenti, fori precisi o una determinata rugosità.
Il principio può risultare particolarmente efficace su componenti di grandi dimensioni.
Produrre un pezzo interamente attraverso lavorazione dal pieno può significare partire da una quantità di materiale molto superiore alla massa finale e trasformarne una parte considerevole in trucioli.
Un approccio additivo può invece creare una preforma vicina alla geometria richiesta, lasciando alla lavorazione CNC soltanto il materiale necessario per raggiungere le quote finali.
Dai modelli CAD ai percorsi di deposizione
La preparazione digitale del processo rappresenta un’altra componente essenziale.
Secondo Vandad Sanat, il sistema è compatibile con flussi di progettazione basati su software come AutoCAD di Autodesk e SolidWorks di Dassault Systèmes.
Il modello CAD rappresenta però soltanto il punto di partenza.
Per utilizzare una macchina DED multiasse è necessario convertire la geometria in percorsi di deposizione che tengano conto della posizione della testa, dell’orientamento del componente, dello spessore del cordone e della quantità di materiale depositata.
Rispetto allo slicing di una stampante 3D FDM, la programmazione di una macchina DED industriale può essere considerevolmente più complessa.
Bisogna inoltre prevedere il comportamento termico del pezzo, evitare collisioni e stabilire una strategia che riduca deformazioni e accumulo eccessivo di calore.
La strategia di Vandad Sanat punta sulla produzione locale
Lo sviluppo della P240-A è strettamente legato alle condizioni nelle quali opera l’industria iraniana.
Barzin Ghafari, amministratore di Vandad Sanat, ha indicato per sistemi di produzione additiva metallica importati prezzi compresi indicativamente tra 350.000 e 3 milioni di euro, sostenendo che una macchina costruita localmente possa essere prodotta con costi sensibilmente inferiori.
Il prezzo commerciale della P240-A non è stato comunicato pubblicamente in modo sufficientemente dettagliato da consentire un confronto diretto.
La questione economica non riguarda comunque soltanto il costo iniziale della macchina. Per un sistema industriale devono essere considerati anche disponibilità di ricambi, sorgenti laser, controllo numerico, software, assistenza tecnica, materiali e competenze necessarie allo sviluppo dei parametri di processo.
Per Vandad Sanat, realizzare internamente una piattaforma DED significa quindi sviluppare anche competenze locali nella metallurgia, nel controllo del processo, nella movimentazione CNC e nella produzione additiva.
Le certificazioni dichiarate devono ancora essere verificate indipendentemente
Vandad Sanat afferma inoltre che il proprio sistema risponde a requisiti collegati a ISO 9001, CE, ASME e ASTM.
Anche in questo caso è opportuno distinguere tra dichiarazioni del produttore e certificazioni verificabili attraverso organismi indipendenti.
Le informazioni pubblicamente disponibili non permettono al momento di confermare in modo completo l’esatta estensione delle certificazioni indicate dall’azienda.
Lo stesso vale per il primato rivendicato dalla società come primo produttore mediorientale di una macchina DED di questa categoria.
La P240-A resta comunque un progetto industriale concreto e Vandad Sanat ha mostrato attività di deposizione su materiali metallici, compreso acciaio inossidabile 316L, oltre all’integrazione della macchina all’interno di un ambiente produttivo dotato di sistemi CNC.
La DED segue una logica diversa dalla stampa 3D metallica di precisione
La P240-A evidenzia anche un aspetto importante della produzione additiva metallica: non esiste una singola tecnologia adatta a qualsiasi componente.
Le macchine Powder Bed Fusion possono offrire elevata risoluzione e geometrie molto complesse, ma presentano limiti legati alle dimensioni della camera di costruzione e alla velocità con la quale viene prodotto un componente di grande volume.
La Directed Energy Deposition accetta invece una finitura più grezza in cambio di altre caratteristiche: volumi di lavoro maggiori, tassi di deposizione più elevati e possibilità di intervenire su un componente già esistente.
Per questo DED e lavorazioni CNC possono diventare tecnologie complementari anziché concorrenti.
La strategia mostrata da Vandad Sanat va precisamente in questa direzione: utilizzare P240-A per depositare il materiale e le macchine utensili per ottenere le superfici e le tolleranze richieste dal componente definitivo.
Un progetto da valutare attraverso applicazioni industriali e dati indipendenti
P240-A rappresenta un segnale interessante dello sviluppo di capacità locali nel settore della produzione additiva metallica iraniana.
Le specifiche dichiarate da Vandad Sanat — laser in fibra da 2 kW, deposizione da 2 a 4 kg/h, movimentazione CNC a cinque assi e volume operativo di 1.150 × 800 × 2.050 mm — descrivono una piattaforma pensata per applicazioni molto diverse da quelle delle comuni stampanti 3D metalliche di piccolo formato.
Rimangono però alcuni aspetti che richiedono dati indipendenti: precisione effettivamente ottenibile sui componenti, ripetibilità del processo, proprietà metallurgiche dei materiali depositati, certificazioni, affidabilità nelle lavorazioni prolungate e costo finale del sistema.
Sono proprio questi parametri, più che le dimensioni o la potenza nominale del laser, a determinare il valore di una macchina destinata alla produzione industriale.
Per Vandad Sanat, P240-A rappresenta quindi non soltanto un nuovo prodotto, ma il tentativo di costruire internamente una filiera tecnologica che comprende produzione additiva, lavorazioni CNC, reverse engineering, monitoraggio e manifattura ibrida.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI)
