Nel campo della fabbricazione additiva, l’evoluzione dei metodi avanzati sta aprendo nuove prospettive per la creazione di parti metalliche complesse con elevata precisione ed efficienza. Un processo rivoluzionario in questo contesto è la Cold Metal Fusion (CMF), che sfrutta stampanti 3D SLS a polimeri prodotte da Sintratec per realizzare componenti metallici. In questo articolo, esploreremo in dettaglio la catena di produzione della CMF, dall’initializzazione fino alla realizzazione delle parti metalliche finali.
Creare un ingranaggio leggero per l’industria automobilistica
Per illustrare il funzionamento della Cold Metal Fusion (CMF), procederemo alla creazione di un ingranaggio leggero destinato all’industria automobilistica. La complessa geometria di questa componente lo rende un esempio perfetto, in quanto può essere realizzato solamente mediante la tecnologia di stampa 3D. Per questa operazione, utilizzeremo la piattaforma Sintratec All-Material insieme al Sintratec S2 e al modulo di costruzione MCU-160. Nel nostro laboratorio CMF, disponiamo di due materiali sviluppati appositamente da Headmade Materials per la tecnologia SLS: l’acciaio per utensili M2 e l’acciaio inossidabile 17/4PH. Poiché l’17/4PH è un materiale comunemente usato nell’industria automobilistica, lo impiegheremo per la creazione dell’ingranaggio.
Fase 1: Preparazione del lavoro di stampa
Il processo inizia con la preparazione del lavoro di stampa tramite il software Sintratec Central, simile al processo standard di sinterizzazione laser selettiva (SLS). Il modello 3D viene importato, duplicato e posizionato all’interno del volume di costruzione disponibile. Durante la progettazione CAD, è essenziale considerare la contrazione che avverrà durante la fase di sinterizzazione, una variabile che dipende dal materiale utilizzato – nel caso dell’17/4PH, questa contrazione è del 14 percento. Una volta configurato il lavoro di stampa, viene effettuata la suddivisione in strati, l’esportazione del file e l’invio al sistema tramite USB o rete locale. Nel nostro laboratorio, nella stazione di gestione dei materiali, riempiamo i contenitori di polvere del modulo di costruzione con l’17/4PH di Headmade, e il quantitativo di polvere viene calcolato automaticamente.
Fase 2: Stampa e depolverizzazione
Dopo aver riempito il modulo di costruzione, questo viene spostato nel modulo di fusione, in questo caso il Sintratec S2. Utilizzando lo schermo touchscreen, selezioniamo il lavoro di stampa e avviamo il processo. Come suggerisce il nome, la Cold Metal Fusion è un processo “freddo”: il letto di polvere viene mantenuto a soli circa 50°C, una temperatura molto inferiore rispetto ai polimeri convenzionali. Questa caratteristica rende il processo di stampa estremamente stabile e consente di riutilizzare tutto il materiale non sinterizzato. Una volta completata la stampa, il modulo di costruzione viene rimosso per procedere alla depolverizzazione delle parti “verdi” presso la stazione di gestione dei materiali, un passo simile a quanto avviene con i polimeri.
Fase 3: Post-elaborazione
Dopo la depolverizzazione, gli ultimi residui di polvere vengono rimossi in una stazione di lavaggio utilizzando un getto d’acqua a 30 bar. Questo processo garantisce una superficie liscia e una precisione elevata delle parti. Le parti “verdi” nell’industria tendono ad essere molto fragili, ma in questo caso, grazie al materiale intelligente che combina una matrice di legante plastico con punte metalliche sporgenti, la gestione e la post-elaborazione sono molto più semplici. Durante la fase di stampa, il componente plastico si scioglie riempiendo tutte le cavità, risultando in una resistenza elevata delle parti “verdi”.
Fase 4: Debinding delle parti “verdi”
Dopo la post-elaborazione, le parti “verdi” vengono caricate su un vassoio e trasportate alla stazione di destratificazione. Qui, una volta chiusa e sigillata la camera, viene utilizzato un solvente acetone che penetra gradualmente nelle parti, estrattendo uno dei componenti plastici. Dopo una notte di destratificazione, le parti marroni trasformate vengono rimosse dalla stazione e sono pronte per ulteriori elaborazioni.
Fase 5: Sinterizzazione delle parti marroni
Successivamente, le parti marroni sono trasferite alla fornace di sinterizzazione. All’interno, la camera viene riscaldata a oltre mille gradi. Con l’aumento della temperatura, le particelle metalliche iniziano a fondersi insieme, creando una parte metallica compatta, mentre qualsiasi residuo di plastica brucia via. Questo processo di sinterizzazione richiede circa 10-15 ore, ma la durata rimane la stessa, indipendentemente dalle dimensioni della fornace o dal numero di parti elaborate. Una volta sinterizzate, le parti metalliche possono essere rimosse e ulteriormente lavorate, se necessario.
Parti finali e conclusione
Al termine di questo processo, otteniamo una parte in acciaio inossidabile 17/4PH completamente priva di residui plastici. Queste parti mostrano prestazioni meccaniche paragonabili a quelle ottenute tramite processi di produzione convenzionali, ma con il vantaggio di una maggiore libertà di progettazione e complessità. In effetti, il processo CMF produce componenti con un notevole allungamento del 13,2% dopo l’indurimento, superando gli standard MIM. Questa tecnologia, combinata con l’hardware dell’Alleanza CMF, consente agli utenti di gestire porosità, realizzare canali a flusso libero nei loro progetti e ottenere proprietà meccaniche superiori. Senza dubbio, il processo CMF sta stabilendo un nuovo standard nel settore della fabbricazione additiva di metallo.
