APPLICAZIONE DI WIRE-DED E POWDER-DED ALL’INTERNO DI UN’UNICA MACCHINA DI MELTIO
Fondata nel maggio 2019, società di stampa metallo 3D Meltio iniziato attraverso una partnership tra la stampante 3D spagnola e produttore di apparecchiature di scansione, Sicnova , e Las Vegas a base di Additec , una società, messo a punto per risolvere le barriere per la produzione di componenti metallici di grandi dimensioni.
Sebbene Meltio abbia solo un anno e mezzo, la sua tecnologia è in sviluppo da molto più tempo, ed è emersa per la prima volta sotto Additec nel 2015. Additec ora funge da centro di ricerca e sviluppo (R&D) di Meltio, mentre la base di Sicnovia a Linares opera come la produzione impianto per i prodotti dell’azienda.
“Meltio non sarebbe stato possibile senza tutto il lavoro di base svolto da Additec e Sicnova”, ha affermato il dottor Yash Bandari, product manager dell’Additive Manufacturing Group di Meltio. “Meltio ha avuto il suo primo lancio a Formnext l’anno scorso con una mostra super bella e ha avuto un’ottima accoglienza.”
La tecnologia di Meltio è una variante del Laser Metal Deposition (LMD), chiamato LMD-WP (Wire Powder), che rientra nel ramo dei processi di Directed Energy Deposition (DED). LMD si riferisce a un processo di saldatura in cui un materiale viene introdotto in un bagno di fusione, creato da un laser ad alta potenza. Un materiale di riempimento, tipicamente polvere, viene iniettato attraverso un ugello ad anello conico attorno al raggio laser per creare un cordone di saldatura, che poi riveste il metallo sottostante.
Il processo LMD-WP di Meltio funziona più o meno allo stesso modo; tuttavia, invece di avere un raggio laser che entra attraverso il centro della testa di deposizione, l’azienda utilizza più sorgenti laser a diodi accoppiati in fibra che sono distribuite uniformemente attorno all’asse centrale della testa.
“Questo libera il percorso centrale per il materiale d’apporto solido e consente la lavorazione unidirezionale dei comuni fili per saldatura MIG”, spiega Bandari. “Intorno all’orifizio del filo, la nostra testa di deposizione dispone anche di ugelli polvere multi fuori asse. In questo modo, nessuna funzionalità viene persa rispetto alle tradizionali teste di rivestimento laser. Inoltre, è anche possibile depositare filo e polvere contemporaneamente per creare una nuova lega dei due componenti “.
Secondo Bandari, la possibilità di stampare utilizzando filo metallico e polvere di metallo indipendentemente o simultaneamente senza cambiare l’ugello è una caratteristica unica nel settore della produzione additiva. La testa laser brevettata di Meltio sfrutta i vantaggi di DED a filo e DED in polvere all’interno di una singola macchina, con l’elevata potenza del laser della tecnologia, più trainafili e opzioni di alimentazione del filo caldo che facilitano le elevate velocità di deposizione del materiale pur mantenendo la precisione e la risoluzione di un processo laser . Altre funzioni, come il rivestimento del metallo, la testurizzazione, la lucidatura e il taglio, possono essere eseguite anche senza apparecchiature esterne.
L’utilizzo del filo caldo all’interno delle macchine Meltio aiuta ad aumentare la velocità di deposizione riducendo l’apporto di calore del processo. Ciò migliora la microstruttura e, a sua volta, migliora l’accuratezza dimensionale della parte depositata.
Il portafoglio di prodotti leader di Meltio include la sua stampante 3D industriale in metallo di piccole dimensioni M450, che secondo Bandari è ideale per uffici e ambienti di laboratorio. Nonostante le sue dimensioni compatte, la stampante presenta un involucro di stampa 150x200x450 mm 3 e possiede un’atmosfera controllata per produrre parti contenenti metalli reattivi. Una versione base dell’M450, con una bassa potenza laser di 600 W, ha un prezzo di 98.000 dollari.
Parte del portafoglio dell’azienda è il Meltio Engine, che può essere adattato a macchine CNC, robot e sistemi gantry per consentire la stampa 3D di parti metalliche a piena densità. L’integrazione del Meltio Engine consente la produzione di componenti di grandi dimensioni con geometrie complesse su più assi e “produzione ibrida”. Anche una versione base del modulo Meltio Engine con potenza laser 600W ha un prezzo di $ 98.000.
Qualsiasi materiale disponibile sotto forma di filo di saldatura o polvere può essere utilizzato con la tecnologia LMD-WP di Meltio, con acciaio, nichel, titanio, alluminio e leghe di rame che sono stati tutti dimostrati con successo finora. I prodotti finali sono stati successivamente utilizzati nei settori aerospaziale, automobilistico, petrolifero e del gas e medico per varie applicazioni.
“La stabilità del processo è stato l’aspetto più importante per lo sviluppo delle nostre stampanti”, ha continuato Bandari. “Poiché la deposizione coassiale basata su filo non è comune come la polvere LMD, abbiamo sviluppato la nostra struttura di controllo del processo che non solo regola i parametri di lavorazione al volo in base alle caratteristiche di altezza dello strato depositato in precedenza, ma misura anche l’altezza dell’individuo strati e regola automaticamente la distanza tra l’ugello e il pezzo. “
La densità delle parti del 99,99% può essere raggiunta attraverso il processo LMD-WP di Meltio, che dipende principalmente dai suoi parametri di processo personalizzati e dalle strategie del percorso utensile.
“Abbiamo dedicato molto tempo alla messa a punto dei parametri di processo e allo sviluppo di nuove strategie di percorso utensile che possono essere applicabili ai processi DED”, ha aggiunto Bandari. “Utilizzando questi parametri e i successivi processi di post-elaborazione, abbiamo potuto ottenere proprietà più vicine alle proprietà lavorate per la maggior parte delle leghe tipiche. Pertanto, applicazioni come aerospaziale, automobile e petrolio e gas trarrebbero vantaggio da questo lavoro di ricerca e sviluppo “.
La polvere e il filo possono essere utilizzati contemporaneamente per fabbricare i compositi a matrice metallica (MMC), una classe di materiali in cui uno o più materiali vengono aggiunti al metallo per ottenere miglioramenti delle proprietà specifiche. Tradizionalmente, gli MMC sono prodotti attraverso la metallurgia delle polveri; tuttavia, questo processo può essere costoso e richiedere molto tempo.
Per aggirare questo, gli MMC possono essere costruiti attraverso il processo LMD-WP di Meltio a un costo inferiore e con tempi di consegna più brevi. L’approccio di Meltio migliorerà anche le proprietà meccaniche delle MMC, ha detto Bandari.
Un esempio di dove il processo è stato efficace in questo modo è l’aggiunta di carburo di titanio (TiC) come elemento di lega sotto forma di polvere a un bagno di fusione di Ti64. Questa lega di titanio è ben nota per la sua bassa densità, elevata resistenza ed eccellente resistenza alla corrosione. Attraverso il processo LMD-WP, l’aggiunta di TiC migliora notevolmente la resistenza all’usura del Ti64, che successivamente diventa un MMC.
Il motore di Meltio per parti AM su larga scala. Immagine via Meltio.
I progetti in corso e futuri di Meltio
Attualmente Meltio è coinvolto in diversi progetti aerospaziali. Con una sovvenzione SBIR (Small Business Innovation Research), l’azienda ha sviluppato una tecnologia di produzione additiva a filo laser per consentire l’unione e la riparazione di strutture metalliche nello spazio.
“In questo processo, abbiamo già dimostrato l’uso della nostra tecnologia per eseguire la produzione di additivi metallici nello spazio”, ha spiegato Bandari. “Inoltre, stiamo fabbricando una stampante a deposizione diretta in metallo montata su rack Express personalizzata per applicazioni spaziali che consentirà la stampa rapida e su richiesta di parti metalliche nell’ambiente con risorse limitate della ISS “.
Attualmente, l’azienda produce laser in grado di fornire una potenza laser massima di 6kW. In futuro, Meltio studierà la produzione di laser con potenza in uscita da 10kW a 15kW a costi accessibili attraverso l’impegno con diverse organizzazioni di ricerca e università che svolgono ricerche all’avanguardia in questo settore.
Oltre ai progetti di produzione additiva legati allo spazio, Meltio sta anche lavorando con diversi clienti nei settori aerospaziale, automobilistico, nucleare, petrolifero e del gas e della gioielleria, cercando di utilizzare la sua tecnologia di stampa 3D multi-metallo per ridurre i costi e i tempi di consegna nel fabbricazione dei loro prodotti.
