Mentre la produzione additiva (AM) può far risparmiare notevoli quantità in termini di spreco di materiale rispetto alle tecniche sottrattive, AM non è priva di proprie procedure sottrattive, in particolare nella post-elaborazione delle stampe. A seconda del metodo di stampa 3D specifico utilizzato, potrebbero esserci strutture di supporto significative che devono essere rimosse da una stampa. I ricercatori del Dipartimento di ingegneria industriale e dei sistemi Daniel J. Epstein dell’USC Viterbi hanno escogitato un nuovo modo per ridurre questo fenomeno nella fabbricazione di filamenti fusi (FFF).
In un articolo per la produzione additiva , Yong Chen , professore di ingegneria industriale e dei sistemi, e il dottorando Yang Xu, descrivono il loro metodo per un substrato di stampa 3D a controllo dinamico. Ispirandosi ai giocattoli con impronta a spillo, il team ha creato un piano di stampa composto da una serie di rondelle quadrate collegate ad aste controllate da un singolo motore passo-passo. Le aste e le rondelle si spostano alle altezze necessarie per sostenere l’oggetto in varie posizioni.
Il team ha prima dimostrato la propria tecnica per un modello CAD arbitrario, sostituendo completamente la necessità di strutture di supporto stampate. Per geometrie più complesse, erano ancora necessari supporti stampati. I quadrati di metallo si solleverebbero fino a un punto e il resto del supporto richiesto verrebbe stampato sopra quei pezzi di metallo. Una volta completate le stampe, i ricercatori hanno potuto rimuovere facilmente le rondelle.
Secondo Chen, questo metodo potrebbe ridurre lo spreco di materiale di circa il 35%, il che può avere un impatto significativo in particolare quando si tratta di materie prime più costose.
“Lavoro con medici biomedici che stampano 3-D utilizzando biomateriali per costruire tessuti o organi. Gran parte del materiale che usano è molto costoso, stiamo parlando di piccole bottiglie che costano tra $ 500 e $ 1000 ciascuna “, ha detto Chen. “Per le stampanti FDM standard, il costo dei materiali è qualcosa come $ 50 al chilogrammo, ma per la bioprinting è più simile a $ 50 al grammo. Quindi, se riusciamo a risparmiare il 30% sul materiale che sarebbe stato impiegato nella stampa di questi supporti, si tratterebbe di un enorme risparmio sui costi per la stampa 3D per scopi biomedici “.
Chen ha anche parlato del risparmio di velocità derivante dall’utilizzo di supporti riutilizzabili: “Quando stampi in 3-D forme complesse, metà delle volte stai costruendo le parti di cui hai bisogno, l’altra metà del tempo stai costruendo i supporti. Quindi, con questo sistema, non stiamo costruendo i supporti. Pertanto, in termini di tempo di stampa, abbiamo un risparmio di circa il 40% “.
Sebbene in passato siano stati realizzati progetti simili, si sono basati su singoli motori, il che ha comportato naturalmente costi e consumi energetici più elevati. Con 100 perni mobili collegati a motori da $ 10 e 25 schede per controllare qualcosa circa 100 motori, la macchina costerebbe facilmente più di $ 10.000.
I ricercatori stanno già esaminando i modi in cui la tecnica potrebbe essere applicata ad altre stampanti 3D, come sistemi su larga scala come la macchina per la produzione additiva Big Area di Cincinnati Incorporated, nonché per altre tecnologie.
“Le persone stanno già costruendo stampanti FDM per auto di grandi dimensioni e carrozzerie di navi, nonché per prodotti di consumo come i mobili. Come puoi immaginare, i loro tempi di costruzione sono davvero lunghi: stiamo parlando di un’intera giornata “, ha detto Chen. “Quindi, se riesci a risparmiare la metà, il tempo di produzione potrebbe ridursi a mezza giornata. Il nostro approccio potrebbe portare molti vantaggi per questo tipo di stampa 3-D “.
