Il difetto fatale in ogni processo di stampa 3D
Ci sono più processi di stampa 3D disponibili oggi che mai, ma ognuno ha almeno una sfida importante.
Ho detto spesso che i processi di stampa 3D dovrebbero essere trattati come una sorta di toolkit: selezionare lo strumento giusto per il lavoro. Questo perché ogni processo ha i suoi vantaggi e svantaggi. Cerchi di evitare gli svantaggi scegliendo saggiamente il processo. Sfortunatamente, alcuni persistono nel cercare di utilizzare il processo sbagliato in una data situazione.
Mi sono reso conto che ci sono molti vantaggi e svantaggi in ogni processo, ma di solito c’è un “difetto” chiave che è fondamentale per ogni processo. A volte questo difetto è accettabile per un’applicazione, altre volte no. Questo è quando vai a fare shopping per nuovi modi per fare la tua parte.
Ho compilato un elenco dei sette principali processi di stampa 3D definiti dall’ISO e ho proposto la mia selezione del difetto chiave in ciascuno. Naturalmente, ci sono casi in cui un produttore di stampanti 3D ha tentato di superare il difetto utilizzando una tecnica innovativa, ma in generale questi difetti si verificano davvero.
Tieni presente, tuttavia, che di solito ci sono ancora più difetti e sfide con ogni processo, oltre a una serie di vantaggi che non ho elencato. E infine, ricorda che un difetto fatale non è fatale se non è importante per un’applicazione specifica.
Estrusione di materiale
Processi comuni : FFF, FDM (identico a FFF, tranne che per il termine del marchio Stratasys)
Descrizione : questo processo prevede la fuoriuscita di un fluido o di un materiale in gel mediante pressione. L’esempio più tipico di questo è il metodo di FFF che spinge un filamento nell’estremità calda per generare pressione e causare un flusso di filamento morbido fuori dall’ugello.
Difetto fatale : Cattiva adesione dello strato. Il materiale è disposto a strati, e spesso quando arriva il secondo strato, il primo strato si è raffreddato ed è un po’ meno in grado di legarsi con il nuovo strato. Ciò si traduce in parti che sono molto meno resistenti tra gli strati in quanto lo sono lungo gli strati.
Alcuni produttori tentano di risolvere questo problema con camere riscaldate, modifiche software o materiali speciali, ma è quasi sempre presente nelle stampe per estrusione di materiale.
Fusione a letto di polvere
Processi comuni : SLS, DMLS, SLM
Descrizione : Questa tecnica prevede l’esplosione di alta energia, tipicamente da un laser, su un letto piano di materiale in polvere. Il laser solidifica selettivamente porzioni del letto e il processo si ripete, strato per strato.
Di solito il laser è un componente fisicamente grande, quindi è montato in una posizione statica e gli specchi inclinabili nella parte superiore della camera di costruzione dirigono il raggio verso il basso verso il letto di polvere.
Difetto fatale : all’aumentare dell’area del letto di polvere, l’angolo con cui il laser colpisce la superficie della polvere diventa sempre più obliquo. Ciò si traduce in una fusione non uniforme quando la forma del “punto” cambia, così come la sua energia per area, potenzialmente rovinando la stampa ai bordi.
La soluzione adottata da alcuni fornitori è quella di alzare il laser sempre più in alto per diminuire l’angolo obliquo, ottenendo stampanti 3D molto alte. Altri usano più laser o addirittura spostano la sorgente laser stessa per tenerla direttamente sopra il letto.
Polimerizzazione in vasca
Processi comuni : MSLA, SLA, DLP
Descrizione : questo processo comporta l’esposizione selettiva della resina fotopolimerica all’energia, tipicamente la luce UV proveniente da un pannello laser o LED. Strati di materiale solidificato si accumulano l’uno sull’altro per formare gradualmente un oggetto 3D.
Difetto fatale : la luce UV viene quasi sempre utilizzata per polimerizzare la resina fotopolimerica e funziona correttamente. Tuttavia, dopo che le parti sono state estratte dalla stampante, possono essere esposte a ulteriore luce UV proveniente da altre fonti, in particolare il sole.
Questa ulteriore esposizione ai raggi UV può far sì che il materiale continui a polimerizzare e alla fine il materiale può rompersi mentre si deforma. Ciò rende questo tipo di parte spesso meno durevole, soprattutto per le applicazioni all’aperto.
Alcuni produttori tentano di superare questo problema con miscele di resine speciali.
Getto di materiale
Processi comuni : PolyJet
Descrizione : Questo processo prevede il getto selettivo di resina fotopolimerica liquida da ugelli a getto d’inchiostro, strato per strato. Ogni strato viene polimerizzato da un passaggio di luce UV e gli strati successivi vengono costruiti sopra il materiale solidificato. Il materiale di supporto viene utilizzato per gestire le sporgenze.
Difetto fatale : tali sistemi comportano un “impianto idraulico” impostato per far fluire la resina dalla cartuccia di origine alle testine a getto d’inchiostro. Nel caso in cui il materiale debba essere cambiato, l’intero impianto idraulico deve essere risciacquato per rimuovere ogni traccia del vecchio materiale.
Il lavaggio viene effettuato con il nuovo materiale. Ciò significa che stai effettivamente scaricando quantità di resina costosa ogni volta che cambi materiale.
Getto d’inchiostro
Processi comuni : MJF, NPJ
Descrizione : Questa tecnica prevede l’uso di getti d’inchiostro per far cadere selettivamente un tipo di legante su un letto di polvere piatto. Le aree che ricevono le goccioline devono essere solidificate e il resto della polvere rimane sciolto. Questo progredisce strato per strato fino a quando non viene prodotto un intero oggetto.
Difetto fatale : questi processi richiedono in genere un trattamento post-stampa per agganciare il legante. In alcuni casi è necessario un calore tremendo per attivare il legante e quel calore può richiedere molto tempo, a volte fino a un giorno, per raffreddarsi prima di poter tentare un’ulteriore lavorazione senza distorcere le parti. Questo può essere un freno alla produttività della macchina. Questo è il motivo per cui alcuni fornitori producono camere di costruzione intercambiabili; mentre uno si sta raffreddando, se ne può attivare un altro per un secondo lavoro di stampa.
Deposizione diretta di energia
Processi comuni : DED, WAAM
Descrizione : questo approccio prevede l’estrusione di un metallo, polvere di metallo o filo metallico, dopodiché viene immediatamente colpito da un’elevata energia. L’energia fonde il metallo e il meltpool scende immediatamente nella posizione nello spazio 3D in cui l’operazione è avvenuta per mezzo di un braccio robotico.
Difetto fatale : sebbene generalmente efficiente e altamente scalabile, il DED si traduce quasi sempre in una risoluzione di qualità superficiale piuttosto scarsa. Le stampe tendono a sembrare piuttosto grossolane. Alcuni produttori aggiungono strumenti di fresatura CNC per levigare le superfici durante o dopo la stampa.
Laminazione del foglio
Processi comuni : CleanGreen, Solido
Descrizione : Questo processo richiede che i fogli di materiale vengano laminati insieme, uno per uno. Man mano che ogni foglio viene applicato, un taglierino taglia il perimetro della forma dell’oggetto a quell’altezza dello strato. Al termine della stampa, le aree tagliate vengono estratte per rivelare la parte finale.
Difetto fatale : ci sono alcune geometrie in cui il materiale di scarto rimane intrappolato all’interno dell’oggetto e non può essere rimosso. Ciò limita le possibili geometrie che possono essere stampate in 3D con successo con il processo.
