Nuovi modi per rifinire parti DMLS e MJF

Nov 05, 2023

Sembrava che accadesse in un batter d'occhio. L’industria della stampa 3D ha raggiunto la maturità. A questo punto, l’uso della stampa 3D per la prototipazione rapida è onnipresente, anche tra le aziende più piccole e gli hobbisti, e il mercato della stampa 3D desktop continua a crescere.

Negli ultimi dieci anni, grandi aziende come General Electric Co. e Hewlett-Packard Co. sono entrate nel settore con l'intento di produrre in modo affidabile parti per uso finale che rispettino elevati requisiti ingegneristici. Il numero di stampanti 3D di qualità industriale in vendita e in servizio è cresciuto enormemente negli ultimi anni.

Tuttavia, nonostante tutte le spese sostenute, queste meraviglie dell'ingegneria in genere non sono in grado di produrre parti che siano completamente finite appena uscite dalla camera. Come minimo, le parti devono essere pulite dal materiale in eccesso o possono richiedere operazioni più avanzate come rimozione del supporto, colorazione, trattamenti termici o trattamenti superficiali avanzati.

Mentre cresce il numero di parti stampate ogni anno, cresce anche la richiesta di processi più automatizzati a valle che riducano la manodopera, migliorando al contempo la qualità e l’uniformità delle parti. Negli ultimi anni sono emerse nuove aziende che offrono soluzioni a questi problemi post-stampa; questo ulteriore livello di complessità porterà il settore della produzione additiva (AM) a nuovi livelli di capacità.

Nel tentativo di consentire la stampa 3D in quantità di produzione, l’attenzione storica è stata posta sul miglioramento della produttività della stampante e delle proprietà dei materiali. Le tecnologie di stampa di fusione multigetto (MJF) e di sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS) hanno ottenuto un notevole successo su questo fronte. Una singola stampante MJF serie HP 5200 può stampare più di 1.000 copie di una piccola parte (si pensi alle dimensioni di un dito) in un'unica costruzione notturna. Per DMLS, i sistemi con più laser sono ormai la norma e sono stati compiuti progressi significativi per migliorare la velocità di stampa.

Anche le dimensioni stanno diventando sempre meno una barriera con i sistemi DMLS, come la linea GE X, che non solo stampano grandi quantità, ma possono anche produrre quantità maggiori di parti di medie dimensioni in modo più economico. Le proprietà dei materiali per entrambi i processi sono eccellenti, con MJF che produce parti in plastica in nylon resistente, poliuretano termoplastico TPU e altri comuni materiali termoplastici tecnici. DMLS produce parti metalliche dense in acciaio inossidabile, titanio e alluminio.

Tuttavia, per entrambe le tecnologie, le parti stampate necessitano di un'elaborazione approfondita una volta terminata la stampa. Le parti MJF devono essere staccate dalla polvere di plastica non sinterizzata e sabbiate per liberarle da particelle sciolte. Tingere di nero le parti MJF durante la post-elaborazione è una pratica estremamente comune in tutto il settore. Le parti DMLS devono essere sottoposte a distensione, tagliate dai supporti e ricevere un'ampia finitura superficiale per migliorare la qualità della superficie.

Poiché questi processi costruiscono una parte strato dopo strato tramite sinterizzazione della polvere, la finitura superficiale delle parti stampate è piuttosto ruvida. Come stampate, le parti MJF hanno una finitura strutturata come i blue jeans o il muro a secco non verniciato. Le parti DMLS hanno una finitura ruvida simile al metallo fuso, proprio come le pentole in ghisa. Entrambi possono essere migliorati con operazioni manuali come levigatura, lucidatura e lavorazione meccanica, ma ciò può aumentare sostanzialmente i costi e i tempi di consegna, in particolare se la finitura viene eseguita parte per parte in serie anziché all'interno di un processo di massa.

C'è molta richiesta di mercato per parti lisce MJF e DMLS. La finitura stampata per MJF ha un'estetica ragionevolmente buona e non presenta strati molto distinti, ma la trama è difficile da pulire e si sporca abbastanza facilmente. Per DMLS, la finitura ruvida ne rende difficile l'utilizzo in una miriade di applicazioni biologiche poiché può danneggiare le pareti cellulari o rallentare il flusso di liquidi e gas attraverso i canali.

Due tecnologie interessanti che stanno diventando sempre più popolari sono la lisciatura a vapore e l’elettrolucidatura a secco. DyeMansion North America Inc. e AMT Inc. offrono apparecchiature specializzate in grado di sfruttare la lisciatura del vapore, un mezzo chimico per migliorare notevolmente la finitura superficiale delle parti MJF e di sinterizzazione laser selettiva (SLS).