Sul gas: Sandvik discute del suo crescente impegno per la stampa 3D in metallo
Attraverso una collaborazione delimitata recentemente annunciata, Sandvik e GE Additive hanno definito una roadmap dei materiali molto specifica per il sistema H2 Binder Jetting di quest’ultimo. È stato guidato dalle richieste degli utenti finali dei suoi partner e progettato per facilitare le applicazioni industriali in serie.
I dettagli, almeno per ora, restano ben chiusi, ma la strategia generale di produzione additiva (AM) di Sandvik è stata resa molto chiara.
Per più di 15 anni, l’azienda svedese ha lavorato a fianco degli utenti AM per fornire soluzioni in polvere di metallo e, dal 2013, ha effettuato notevoli investimenti in una vasta gamma di tecnologie AM. Ospita macchine Powder Bed Fusion, Electron Beam Melting e Binder Jetting; vanta nove torri di atomizzazione a gas per supportare la produzione di polveri metalliche; e, negli ultimi due anni, ha dato una spinta all’acceleratore affermandosi come fornitore leader di polveri metalliche AM.
Mentre una chitarra a prova di urto realizzata in titanio stampato in 3D e acciaio inossidabile lavorato si è dimostrata uno strumento di marketing efficace lo scorso anno, attraverso collaborazioni sui materiali con GE, ExOne e Renishaw; investimenti nelle agenzie di servizi BEAMIT e Zare; e l’ottenimento delle certificazioni ISO 13485: 2016 e AS9100D, Sandvik è stata prolifica nel portare a termine le cose. Gli sviluppi degli ultimi 24 mesi servono tutti ad integrare i suoi impianti di produzione di polveri per stampa 3D a Sandviken, Svezia e Neath, Regno Unito, e continuano le tradizioni di un’azienda fondata negli anni ’60 dell’Ottocento.
“Si basa sull’eredità, sul DNA e sull’approccio che Sandvik ha avuto nei suoi 158 anni di storia, guidando l’evoluzione dei materiali”, dice a TCT Keith Murray, VP e responsabile delle vendite globali di Sandvik AM. “In quel tempo, ha avuto successo attraverso l’innovazione e la diversificazione in aree nuove e diverse, lanciando continuamente nuovi materiali. L’interesse per l’additivo è guidato dalla stessa cosa. “
Dopo aver rafforzato la sua presenza in AM attraverso un centro di ricerca e sviluppo diversi anni fa, Sandvik ha gradualmente ampliato la sua presenza nel settore colmando le lacune nel suo portafoglio di prodotti. Il titanio e l’alluminio erano le più grandi di queste lacune e da allora sono state colmate da siti di produzione specifici per materiale istituiti rispettivamente in Svezia e nel Regno Unito. Con questi metalli che completano i suoi acciai per utensili, acciai Maraging, acciai inossidabili, acciai duplex e superduplex, superleghe a base di nichel, leghe di cobalto e leghe di rame, Sandvik ritiene di avere la più ampia gamma di polveri AM metalliche in circolazione. Inoltre, ha il controllo su ogni fase del loro sviluppo, dalle materie prime all’atomizzazione del gas e tutti i processi a valle.
Per creare qualità nella parte, è necessario incorporare qualità nei processi.
L’azienda ha decenni di esperienza nell’atomizzazione del gas e lo considera il metodo di produzione più comunemente usato di polveri di additivi metallici per un motivo. “È intrinsecamente forte nella produzione di particelle sferiche e il flusso è una delle caratteristiche fondamentali che la polvere deve avere”, spiega Murray, prima di dettagliare come le fasi secondarie di dimensionamento e vagliatura delle polveri metalliche aiutano a garantire la distribuzione granulometrica richiesta per il processi AM desiderati. Alla base di tutto ciò c’è una combinazione di automazione e potere personale: i sistemi di scanner forniscono misurazione e controllo dei dati, la robotica aiuta con i trasferimenti di processo, mentre l’impostazione dei parametri del processo di dimensionamento e il funzionamento delle macchine rimangono attività manuali.
“Per integrare la qualità nel prodotto, è necessario incorporare la qualità nei processi”, sottolinea Murray. “E questo significa impostare e comprendere il processo di atomizzazione, il processo di dimensionamento e disporre di tutti i controlli e monitoraggi del processo per garantire che eseguiamo e controlliamo tutti i parametri critici. Se controlli i processi in modo corretto, la [fase] del test è solo di conferma. Se fai affidamento sui test alla fine per garantire la qualità, ti esponi al rischio che il materiale non soddisfi le specifiche e quindi devi ripetere il ciclo da capo. Ciò aggiunge tempo, aggiunge costi. Per evitare ciò, si tratta di creare qualità nell’intero processo “.
Questa maggiore qualità del processo ha già prodotto rendimenti tangibili. Non contenta di colmare semplicemente le lacune nel suo portafoglio di materiali, Sandvik ha anche cercato di apportare miglioramenti a molte delle sue polveri metalliche AM. Uno di questi è Hastelloy X (UNS N06002), una lega originariamente sviluppata per applicazioni di colata negli anni ’50 che è riconosciuta come un materiale difficile da lavorare utilizzando le tecnologie AM. Tendente a rompersi, Sandvik ha risolto il problema e, oggi ritiene che il suo materiale ottimizzato, Osprey HX, “riduca notevolmente la propensione a spezzarsi di quel materiale”. Una polvere d’acciaio Maraging aggiornata è stato un altro esempio di questi sforzi.
“Produciamo molto acciaio Maraging, su cui abbiamo un’ottima posizione di mercato, ma l’anno scorso abbiamo introdotto un acciaio Maraging migliorato per le applicazioni AM in cui la durezza superficiale è molto importante”, spiega Murray. “Il prodotto standard oggi sul mercato può raggiungere un livello di circa 52 HRC sulla scala di durezza Rockwell. Possiamo raggiungere oltre 60 HRC Rockwell dopo il trattamento termico. È un prodotto superiore che consentirà ai nostri clienti di espandere la gamma di applicazioni di utensili, [ad esempio], che possono produrre in modo additivo perché si ottengono migliori prestazioni dei materiali “.
Come continua Murray, le polveri metalliche riguardano le caratteristiche. La sfericità della polvere e la distribuzione delle particelle garantiscono la scorrevolezza, la composizione del materiale aiuta a mantenere la chimica strettamente controllata e la pulizia garantisce un ridotto rischio di residui e contaminanti che difettano la parte risultante. Poiché l’industria AM ha esteso la sua attenzione dalla coerenza del processo di stampa alle prestazioni dei materiali, Sandvik ha fatto passi da gigante.
Da diversi anni, Sandvik AM condivide i suoi sviluppi con le sue aziende affiliate. Utilizzando una nuova lega di ferro-cromo-alluminio, il marchio di riscaldamento industriale del Gruppo Sandvik, Kanthal, ha recentemente creato un’offerta AM per lo sviluppo di elementi e componenti riscaldanti. Prima di allora, la divisione Seco Tools aveva iniziato a fornire un morsetto per refrigerante per una testa di fresatura stampata con Powder Bed Fusion utilizzando l’acciaio maraging Osprey 18Ni300 di Sandvik e dotato di canali di raffreddamento curvi all’interno.
Sebbene questa applicazione dell’AM abbia consentito a Seco Tools di progettare e produrre una parte che non può essere realizzata in altro modo, l’utilizzo della tecnologia da parte di Sandvik Coromant ha portato a riduzioni di peso dell’80% e aumenti di produttività fino al 200%. Nel frattempo, l’azienda Sandvik Coromant ha implementato AM per produrre una testa di fresatura leggera, la CoroMill 390, utilizzando il titanio invece dell’acciaio per utensili e implementando l’ottimizzazione topologica per alleggerire la parte. Si dice che questo abbia assicurato che la profondità del taglio della testa di fresatura fosse aumentata e fatto a velocità notevolmente più elevate.
L’implementazione interna di successo di AM è stata significativa, ma Sandvik serve anche clienti esterni, uno sforzo rafforzato dall’aggiunta delle funzionalità di BEAMIT e Zare. A integrazione dei progressi compiuti negli ultimi due anni e con grandi speranze che la tecnologia del getti di leganti metallici si affermi come un altro strumento di produzione, Sandvik sta ora cercando di facilitare la maggiore applicazione dell’AM, quindi ridimensionare la sua capacità di soddisfare la nuova domanda.
Fondamentale per questo è l’espansione del suo portafoglio di materiali. Ha i processi, ha colmato le lacune e migliorato che l’industria dei materiali conosce e ama, e ora l’azienda vuole sfruttare le sue tradizioni innovative e diversificate per fare passi più significativi nello spazio AM.
“Si sta arrivando alla fase,” conclude Murray, “dello sviluppo di leghe specifiche per la tecnologia degli additivi. La storia dell’industria finora è stata tutta intorno al prendere leghe e materiali esistenti che sono stati sviluppati per i processi di produzione convenzionali – per fusione, lavorazione e forgiatura – e trasferirli in additivi e dimostrare che, ad esempio, la lega 625 prodotta dall’additivo è comparabile alla lega 625 prodotta da un gruppo di fusione.
“Nei primi 20 anni del settore, questo era l’obiettivo, il che è comprensibile. Ma penso che ora siamo in una fase in cui le persone guardano a qualcosa di più, riconoscendo che le tecnologie additive hanno determinate caratteristiche e, se si utilizzano queste caratteristiche nel modo giusto, è possibile produrre una nuova famiglia di materiali progettati, metallurgicamente, per sfruttare i cicli termodinamici di fusione laser rispetto al tentativo di convertire qualcosa che è stato realizzato per 50 o 60 anni utilizzando la stessa cosa. “
