Potenziamento della stampa additiva su larga scala: ORNL e JuggerBot 3D
Il laboratorio nazionale di Oak Ridge (ORNL) e il produttore industriale JuggerBot 3D hanno intensificato la loro collaborazione per sviluppare sistemi di stampa 3D in grado di trattare sia termoplastiche sia resine termoindurenti come epossidiche, vinilestere e poliuretani. L’iniziativa, ospitata dal Manufacturing Demonstration Facility (MDF) di ORNL, mira a superare i limiti di processo imposti dalle proprietà chimiche e reologiche dei polimeri termoindurenti, finora difficili da gestire nei flussi di produzione additiva.
Slicer open-source e controllo in tempo reale
Al centro del progetto si trova l’evoluzione dello Slicer open-source sviluppato da ORNL, che trasforma modelli CAD in istruzioni macchina ottimizzate per l’estrusione di materiali in granuli. JuggerBot 3D ha adattato questa piattaforma alle proprie stampanti a pellet, ottenendo miglioramenti significativi nella qualità superficiale e nella precisione dimensionale. Un sistema laser misura costantemente la larghezza del filamento estruso: queste misurazioni vengono elaborate in tempo reale per correggere parametri quali portata, velocità di avanzamento e temperatura di estrusione.
“Material Cards” per la gestione dei polimeri
Nella stampante JuggerBot è stata integrata una banca dati interna di “Material Cards”, ciascuna contenente un set pre-tarato di valori (temperatura del cilindro, rateo di raffreddamento, velocità di estrusione ecc.) per migliaia di materiali. L’operatore seleziona la scheda corrispondente al polimero installato, dopodiché la macchina applica automaticamente i parametri ottimali, eliminando l’iterazione manuale di calibrazione a ogni cambio di materiale e riducendo tempi di fermo fino a diverse decine di ore.
Gestione dei termoindurenti: nuove opportunità
Le resine termoindurenti, una volta miscelate, reagiscono in modo irreversibile formando un reticolo tridimensionale. Questo processo esige sistemi di dosaggio accurati e forni di post-curing per completare il reticolamento ed evitare difetti quali delaminazioni o stress residui. L’obiettivo del progetto è integrare nel flusso di stampa 3D un modulo di dosaggio e miscelazione in linea, seguito da una camera di polimerizzazione controllata, in modo da ottenere pezzi finiti con stabilità dimensionale e resistenza termica paragonabili agli standard del settore aerospaziale e automotive.
Applicazione al grande formato e difesa
Contestualmente, JuggerBot 3D sta collaborando con l’Air Force Research Laboratory per realizzare un sistema capace di stampare componenti di grandi dimensioni in termoplastica e termoindurente, ideale per scudi balistici, pannelli strutturali leggeri e prototipi di droni. Questo approccio unificato riduce la necessità di processi secondari come l’incollaggio o l’infusione manuale di resina, semplificando la catena del valore e abbattendo i costi di assemblaggio.
Ruolo del Manufacturing Demonstration Facility
Il MDF di ORNL funge da banco di prova per tecnologie avanzate: le sue competenze in simulazione digitale, caratterizzazione dei materiali e processi di economia circolare si combinano con le capacità di JuggerBot 3D nella stampa a pellet. Grazie allo spazio dedicato e ai laboratori attrezzati, il team ha già realizzato prototipi con BAAM (Big Area Additive Manufacturing) e dimostrato la compatibilità delle termoplastiche rigenerate.
Prospettive e impatto industriale
L’estensione della stampa 3D alle resine termoindurenti amplia il ventaglio di applicazioni: componenti altamente resistenti alle alte temperature, parti di stampi rapidi per colata e strumenti di produzione con caratteristiche meccaniche specifiche. Settori come aerospazio, difesa e automotive potranno così beneficiare di:
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Cicli di sviluppo più rapidi, grazie alla prototipazione diretta di materiali finiti;
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Riduzione degli scarti, sfruttando materiali di recupero e miscelazioni on-demand;
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Flessibilità produttiva, con macchine in grado di passare da termoplastica a termoindurente senza riattrezzaggi complessi.
