DTU Construct accelera la setacciatura delle polveri metalliche per la stampa 3D
Nella stampa 3D metallica si parla spesso di laser, parametri di processo, velocità di scansione, camere in atmosfera controllata e proprietà meccaniche dei pezzi finiti. Un passaggio meno visibile, ma molto importante per la qualità del processo, riguarda però la gestione della polvere prima e dopo la stampa.
DTU Construct, il Department of Civil and Mechanical Engineering della Technical University of Denmark, ha affrontato proprio questo punto nel proprio laboratorio di produzione additiva. Il gruppo di ricerca lavora con sistemi di additive manufacturing per metalli, polimeri, ceramiche e compositi ceramici, con un’attenzione particolare anche allo sviluppo di piattaforme aperte e controllabili dai ricercatori.
Nel caso della stampa 3D metallica, la preparazione della polvere non è una semplice operazione di servizio. La dimensione delle particelle, la scorrevolezza, la presenza di agglomerati, la contaminazione e l’eventuale materiale sovradimensionato possono influenzare il deposito dello strato, la stabilità del processo e le proprietà finali del componente. Per questo la setacciatura diventa una fase da controllare con la stessa attenzione riservata alla macchina di stampa.
Il problema: un passaggio lento e molto manuale
Nel laboratorio di DTU Construct la polvere metallica più utilizzata è acciaio inossidabile 316L. Il materiale viene impiegato nelle attività di ricerca legate alla produzione additiva metallica, in particolare nei processi a letto di polvere. Il laboratorio punta anche a estendere la capacità di lavorazione ad altri metalli, ma il 316L resta un materiale di riferimento per molte prove.
Prima dell’introduzione della nuova soluzione, il team utilizzava un setaccio vibrante tradizionale con diametro di circa 25 centimetri. L’obiettivo era separare le particelle e portare la frazione utilizzabile sotto i 63 micrometri. Il metodo funzionava, ma richiedeva molto tempo: per setacciare una bottiglia da mezzo litro di polvere servivano fino a quattro ore.
Il problema non era solo la durata del ciclo. Dopo ogni lotto, la polvere tendeva a restare intrappolata tra le maglie del setaccio. Questo costringeva i ricercatori a smontare l’attrezzatura e a pulirla, usando un bagno a ultrasuoni o aria compressa. In un laboratorio di ricerca, dove le campagne sperimentali cambiano spesso e i volumi non sono quelli della produzione industriale, una procedura di questo tipo può diventare un collo di bottiglia.
Il tempo passato a setacciare, pulire e rimettere in servizio l’attrezzatura è tempo sottratto alla preparazione dei job, alla caratterizzazione dei campioni e all’analisi dei risultati. Inoltre, più passaggi manuali significano anche maggiori possibilità di dispersione della polvere, contaminazione crociata e variabilità tra un lotto e l’altro.
La soluzione scelta: Russell AMPro Lab Sieve Station
Per superare questo limite, DTU Construct ha adottato la Russell AMPro Lab Sieve Station di Russell Finex. Il sistema è pensato per il recupero e la classificazione di piccoli lotti di polvere destinati alla produzione additiva. È quindi adatto a laboratori, centri di ricerca, reparti R&D e ambienti dove si lavora con quantità ridotte, ma con esigenze elevate di ripetibilità.
La macchina è impostata secondo un principio “bottle-to-bottle”: la polvere passa da un contenitore all’altro all’interno di un flusso più controllato rispetto a un setaccio manuale o semi-manuale. Questo approccio riduce la manipolazione diretta da parte dell’operatore e rende più semplice integrare la setacciatura nel normale ciclo di preparazione del materiale.
Il sistema AMPro Lab può essere personalizzato con opzioni come spurgo con gas inerte, tecnologie di assistenza all’alimentazione e trasporto pneumatico. Questi elementi diventano importanti quando si trattano polveri reattive o quando l’obiettivo è limitare il contatto con ossigeno e umidità. La versione da laboratorio è compatta e pensata per piccoli batch, con capacità indicate tra 1 e 4 litri.
Un elemento tecnico rilevante è l’uso della tecnologia Russell Vibrasonic Deblinding System, che applica vibrazioni ad alta frequenza alla rete del setaccio. Lo scopo è ridurre il bloccaggio delle maglie, favorire il passaggio delle particelle fini e trattenere contaminanti o materiale fuori specifica. Questo punto è centrale nel caso di polveri metalliche fini, perché l’intasamento del setaccio è una delle cause principali di perdita di produttività.
Da quattro ore a meno di trenta minuti
Il risultato ottenuto da DTU Construct è misurabile: la setacciatura di una bottiglia da mezzo litro, che con il vecchio sistema poteva richiedere fino a quattro ore, viene ora completata in meno di 30 minuti. La riduzione del tempo supera l’85%.
Il laboratorio ha già trattato oltre 100 litri di polvere metallica con la Russell AMPro Lab Sieve Station. Per un reparto di ricerca questo dato è interessante perché mostra che la soluzione non è stata valutata solo su una dimostrazione, ma inserita in un flusso di lavoro reale.
Il vantaggio non riguarda soltanto la velocità del singolo ciclo. Meno interventi manuali e meno pulizia tra un lotto e l’altro permettono di organizzare meglio le attività sperimentali. Il ricercatore può preparare una bottiglia, avviare la setacciatura e dedicarsi ad altre operazioni, invece di seguire costantemente il processo.
Questa differenza diventa significativa quando un laboratorio deve gestire più build, diversi lotti di polvere o prove comparative. Nei processi LPBF, anche piccole modifiche ai parametri, alla distribuzione granulometrica o alla storia della polvere possono influenzare la qualità finale. Avere una procedura più stabile per preparare il materiale aiuta quindi anche sul piano scientifico, non solo su quello operativo.
Perché la polvere va controllata
Nella stampa 3D metallica a letto di polvere, ogni strato deve essere distribuito in modo uniforme. Se la polvere scorre male, contiene particelle troppo grandi o presenta agglomerati, il letto può diventare irregolare. Questo può portare a difetti locali, instabilità del bagno di fusione, porosità e variazioni nella densità del pezzo.
La setacciatura serve a rimuovere materiale fuori specifica e a recuperare la frazione riutilizzabile della polvere. Nel caso di polveri metalliche, il recupero ha anche un valore economico: questi materiali hanno un costo elevato e richiedono energia per essere prodotti, spesso tramite atomizzazione. Scartare più polvere del necessario rende il processo meno sostenibile e meno conveniente.
Il riuso della polvere, però, non può essere trattato in modo approssimativo. Dopo una stampa, la polvere non fusa può avere subito esposizione termica, contatto con particelle parzialmente fuse, ossidazione o contaminazioni. Setacciare il materiale permette di separare la frazione utilizzabile da residui, particelle fuse, schizzi solidificati e agglomerati.
Per questo la qualità della polvere non è un dettaglio da laboratorio, ma una parte della catena di controllo del processo. In un contesto industriale, la gestione della polvere entra anche nei temi di tracciabilità, qualifica del materiale e ripetibilità produttiva.
DTU Construct e l’approccio open-source alla stampa 3D metallica
Il caso DTU Construct è interessante anche per il contesto in cui si inserisce. Nei laboratori AM dell’università danese sono presenti piattaforme per fotopolimerizzazione, LPBF, binder jetting, stampa su larga area e atomizzazione di polveri metalliche. Alcune macchine sono costruite internamente dai ricercatori proprio per ottenere pieno controllo sui parametri di processo.
Tra queste attività rientra anche DTU OpenAM, un’iniziativa open-source ospitata dalla Technical University of Denmark. L’obiettivo è rendere più accessibili e modificabili tecnologie avanzate come Laser Powder Bed Fusion e Vat Photopolymerization. Il progetto mette a disposizione documentazione, progetti hardware, software e firmware, con un’impostazione pensata per ricerca, didattica e sviluppo di nuovi materiali.
Questo aspetto aiuta a capire perché una fase come la setacciatura della polvere sia così importante per DTU Construct. Un sistema LPBF aperto permette di modificare parametri, strategie e configurazioni macchina. Ma questa libertà sperimentale richiede anche una preparazione del materiale coerente. Se la polvere cambia in modo non controllato, diventa difficile capire se un risultato dipende dal parametro laser, dalla strategia di scansione o dalla qualità del materiale caricato nella macchina.
La gestione della polvere diventa quindi parte del metodo sperimentale. Non è un semplice accessorio da laboratorio.
Il ruolo di Russell Finex
Russell Finex è il fornitore della Russell AMPro Lab Sieve Station utilizzata da DTU Construct. L’azienda produce sistemi di setacciatura, filtrazione e separazione per diversi settori industriali, inclusa la produzione additiva. Nel mondo AM propone soluzioni per il recupero e la classificazione delle polveri, con l’obiettivo di mantenere il materiale pronto all’uso o al riuso.
Nel caso specifico di DTU Construct, la scelta è caduta su una soluzione da laboratorio, non su un sistema di produzione ad alto volume. Questo è un punto importante: la produzione additiva non ha solo bisogno di grandi impianti automatizzati, ma anche di attrezzature adatte a contesti di ricerca, prototipazione e piccole serie.
In questi ambienti, la flessibilità può contare più della capacità massima. Il laboratorio può dover gestire molte prove diverse, piccoli quantitativi, cambi di materiale e pulizia frequente. Una stazione compatta e più semplice da smontare risponde meglio a queste necessità rispetto a un sistema pensato per una linea produttiva continua.
Un miglioramento pratico, non solo un dato di produttività
La riduzione dei tempi di setacciatura è il dato più immediato, ma il valore dell’intervento va letto in modo più ampio. Preparare la polvere in modo più rapido e ordinato consente di ridurre i tempi morti tra una prova e l’altra, migliorare l’uso delle macchine e diminuire le attività manuali ripetitive.
Per un laboratorio universitario, questo può significare più tempo per sperimentare nuovi parametri, caratterizzare i campioni, confrontare lotti diversi o sviluppare materiali. Per un’azienda, lo stesso principio può tradursi in una maggiore disponibilità della macchina, meno attese tra una build e l’altra e una migliore gestione dei materiali costosi.
La stampa 3D metallica viene spesso raccontata attraverso il componente finale: una girante, uno scambiatore di calore, un supporto alleggerito, un impianto medicale o una parte aerospaziale. Prima di arrivare al pezzo, però, esiste una catena di operazioni che deve funzionare bene. Tra queste ci sono carico e scarico polvere, setacciatura, recupero, stoccaggio, tracciabilità e controllo dell’ambiente.
Il caso DTU Construct mostra che anche un passaggio apparentemente secondario può influire sull’efficienza complessiva del processo. Se la preparazione del materiale rallenta il laboratorio, anche la stampante più avanzata resta ferma.
Sicurezza e pulizia del processo
Le polveri metalliche fini richiedono attenzione anche dal punto di vista della sicurezza. Possono essere respirabili, contaminare superfici e strumenti, generare dispersione nell’ambiente o richiedere gestione in atmosfera controllata, a seconda del materiale. Nel caso di polveri più reattive, il controllo di ossigeno e umidità diventa ancora più importante.
Un sistema chiuso o più controllato riduce la manipolazione diretta e limita il contatto dell’operatore con il materiale. Questo non elimina la necessità di procedure di sicurezza, dispositivi di protezione e protocolli di laboratorio, ma semplifica una parte del lavoro quotidiano.
Anche la pulizia tra lotti è un tema tecnico. Se una rete resta intasata o conserva residui, il lotto successivo può essere contaminato. Nei laboratori che testano più materiali o più condizioni sperimentali, la pulizia non è solo una questione di ordine: è una condizione per ottenere dati affidabili.
Una lezione per la stampa 3D industriale
Il miglioramento introdotto da DTU Construct ricorda un punto spesso trascurato: l’industrializzazione della stampa 3D non dipende solo dalla macchina principale. Dipende anche da tutto ciò che sta attorno alla macchina.
Polveri, setacci, sistemi di aspirazione, stazioni di depolverazione, controlli granulometrici, tracciabilità dei lotti e gestione del riuso sono elementi che incidono su costi, tempi e qualità. Quando uno di questi passaggi non è dimensionato correttamente, l’intero flusso produttivo ne risente.
Per questo l’interesse verso sistemi dedicati al powder handling continua a crescere. La produzione additiva metallica ha bisogno di più automazione, ma anche di maggiore coerenza tra laboratorio e produzione. Un metodo efficiente per recuperare e classificare la polvere consente di ridurre sprechi, limitare i fermi e mantenere più stabile il processo.
DTU Construct ha ridotto in modo netto il tempo necessario per setacciare piccole quantità di polvere metallica destinate alla stampa 3D, passando da cicli fino a quattro ore a meno di trenta minuti per una bottiglia da mezzo litro. Il risultato è stato ottenuto con la Russell AMPro Lab Sieve Station di Russell Finex, inserita in un contesto di ricerca dove controllo del materiale, flessibilità e ripetibilità sono fondamentali.
Il caso non riguarda solo una macchina per setacciare più in fretta. Mostra quanto la gestione della polvere sia parte integrante della produzione additiva metallica. Per ottenere componenti affidabili, servono stampanti precise, parametri ben studiati e materiali preparati in modo coerente.
Nel percorso verso una stampa 3D metallica più utilizzabile in laboratorio e in produzione, anche una fase come la setacciatura può fare la differenza.
