Ricerca prototipazione rapida by Renato Pucci

Gruppo Freccia Renato Pucci - Uros Novakovic

IL RAPID PROTOTYPING Le tecniche di prototipazione rapida (o, utilizzando la dizione inglese, rapid prototyping, RP) sono una serie di sistemi che, prescindendo dalla complessità costruttiva dell’oggetto, lo riproducono con tecniche additive, partendo da una sua definizione matematica specificata su un CAD tridimensionale ed utilizzando processi rapidi, flessibili e altamente automatizzati. Già da questa breve definizione sono chiari i punti di forza di queste tecniche: la possibilità di realizzare in tempi ridottissimi (da alcune ore a pochi giorni) un prototipo in un’ampia gamma di materiali, indipendentemente da forma e complicazione geometrica, senza nessun ausilio di attrezzature.

PERCHÉ LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA? Fin dall’antichità, gli inventori, i disegnatori, i creativi si sono serviti sempre di un piano bidimensionale per comunicare e valutare le loro idee, prima di tradurle in pratica. Mentre nel passato i primi progettisti si affidavano a compasso e carta pergamena, quelli contemporanei possono fare uso di un vero e proprio arsenale di mezzi di progettazione. Ciononostante, il progettista non è mai assolutamente certo che ciò che osserva sullo schermo sia una fedele rappresentazione del concetto che intende realizzare. La prototipazione rapida è il tentativo più riuscito di sfondare questa barriera: quella di trasformare le fuggevoli immagini in un oggetto solido e concreto, da toccare con mano.

PASSATO, PRESENTE E FUTURO Dall’idea pionieristica di Charles W. Hull, datata 1982, è nata 3D Systems Inc., società americana capostipite del settore e, cinque anni più tardi, il primo apparato per la stereolitografia, la SLA-1. Da quegli anni un numero sempre più elevato di ricercatori e, naturalmente, utilizzatori ha segnato il mondo (ed il mercato) della Prototipazione Rapida, favorendone l’evoluzione in

termini di diffusione e di prestazioni. La presenza sempre più capillare di sistemi CAD ha dato una spinta straordinaria alla ricerca di metodologie sempre nuove e diverse, finalizzate alla realizzazione di oggetti a partire da una geometria definita elettronicamente. Dalle ricerche, perciò, sono nate e si sono consolidate altre tecnologie come il selective laser sintering (più brevemente SLS), il fused deposition modeling (o FDM), il laminated object manufacturing (LOM) e molte altre. Da allora molte cose sono cambiate e le attività portate avanti dai primi pionieri vengono ora affrontate in modo sistematico soprattutto da realtà industriali di piccola/media dimensione. La comparsa di questa tecnologia “esotica” che era in grado di realizzare elementi fisici direttamente dal CAD 3D per aggiunta progressiva di materiale destò molto scalpore e suscitò un forte interesse ed una serie di aspettative che portò a pensare che queste tecniche non avessero praticamente limiti. Naturalmente, con il passare del tempo, la ricerca e lo sviluppo hanno favorito l’evoluzione dei sistemi in termini prestazionali (tempi di lavorazione minori, tolleranze dimensionali inferiori, finitura superficiale ancora migliore, resistenza dei modelli RP a condizioni climatiche variabili e a sollecitazioni meccaniche, termiche e chimiche sempre più forti). Oggi possiamo considerarci in una fase dove: le macchine di PR sono di semplice impiego; la qualità dei prototipi in termini di precisione dimensionale, rugosità superficiale e prestazioni meccaniche è cresciuta e in ogni caso stimabile; è disponibile un’ampia gamma di materiali; sono noti i metodi e i limiti d’impiego dei prototipi nel settore dell’attrezzaggio rapido. In definitiva queste tecnologie sono considerate a pieno titolo mezzi per lo sviluppo rapido dei prodotti e delle attrezzature. le trasformazioni del mercato avvenute dagli anni ‘70 agli anni ‘00 hanno imposto una crescita del numero di varianti, una progressiva riduzione del ciclo di vita del prodotto, un incremen-

to della sua complessità e il contenimento dei tempi di consegna; un ritardo di alcuni mesi nell’immissione del prodotto sul mercato può determinare una perdita degli utili anche del 30%; mentre un incremento del 50% dei costi di sviluppo risulta ampiamente accettabile. La definitiva accettazione da parte del mercato e, più tardi, il successo di queste tecnologie è stato decretato proprio da questa inarrestabile tendenza a ridurre i tempi di sviluppo dei nuovi prodotti. Questo è stato il fattore di successo principale. Le tecniche di prototipazione e attrezzaggio rapidi giocheranno nel nuovo millennio un ruolo sempre più determinante nello sviluppo dei nuovi prodotti e delle relative attrezzature. Nell’era della globalizzazione dei mercati la capacità di offrire tempi di sviluppo e industrializzazione sempre più contenuti è il nuovo e stimolante obiettivo per le nostre imprese. Queste tecnologie innovative rappresentano il collante tra le varie fasi di sviluppo del prodotto come la progettazione, il CAD 3D, la definizione dell’attrezzatura e la fabbricazione della pre-serie.

Karim Sander, 135 Museum Visitors and 1 dog 1:8. Panoramica dellâ&#x20AC;&#x2122; istallazione al Lehmbruck Museum di Duisburg del 2008 basata sulla scansione 3D di una persona scelta a caso fra il pubblico, ridotta a modello in scala 1:8tramite prototipazione rapida.

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LE TECNICHE DI RAPID PROTOTYPING Prima di parlare di prototipazione rapida è opportuno ricordare che per prototipo si intende il primo elemento di una serie. Durante la fase di sviluppo di un prodotto vengono realizzate le seguenti tipologie di prototipi: * * * *

concettuali funzionali tecnici preserie

Il prototipo può svolgere diverse funzioni all’interno del ciclo di sviluppo prodotto: per la progettazione verificare un’idea, per il marketing può servire per provare la risposta del mercato ad una nuova proposta e per la produzione può essere utile per verificare un ciclo di fabbricazione. In definitiva le funzioni del prototipo sono quindi la verifica funzionale, la valutazione dei costi, la valutazione di tempi di flusso e della risposta del mercato. Gli obiettivi di ciascuna tipologia di prototipo sono ovviamente differenti, così come il materiale e la metodologia impiegati per la sua costruzione. La tecnologia tradizionale della fabbricazione dei prototipi è affidata ai modellisti che, sulla base delle indicazioni di grafici e progettisti, li realizzano con operazioni soprattutto manuali. Costi e tempi di questa operazione stanno diventando incompatibili con le esigenze delle aziende di ridurre drasticamente i tempi di immissione di nuovi prodotti sul mercato. E’ quindi diventato imperativo lo sviluppo di una nuova tecnica che permetta la compressione dei tempi e dei costi per la fabbricazione dei prototipi, avendo come punto di partenza il modello matematico dell’oggetto da realizzare: la prototipazione rapida. Questa filosofia innovativa rende possibile la produzione, in poche ore e senza l’uso di utensili, di oggetti di geometria comunque complessa, direttamente dal modello matematico dell’oggetto realizzato su di un

sistema CAD tridimensionale. Con il termine Rapid Prototyping si intende un insieme di processi che realizzano modelli e componenti per addizione di materiale layer by layer a partire da un modello matematico tridimensionale. Diversamente da tutte le macchine tradizionali, che funzionano per sottrazione successiva di materiale da un blocco nel quale è contenuta la forma che si vuole ricavare, i sistemi di RP fabbricano strati successivi di materiali costituiti di volta in volta da liquidi, polveri, fili o laminati. Strato dopo strato, queste macchine ricostruiscono l’oggetto che rappresenta il modello matematico di partenza. Per questa ragione tale tecnologia produttiva è anche nota come Layer Manufacturing

LE FASI DEL PROCESSO DI RAPID PROTOTYPING l prototipo deve essere disegnato al CAD utilizzando un modellatore tridimensionale solido o superficiale. Soprattutto nel caso dei modellatori superficiali, bisogna porre particolare attenzione alla chiusura e alla connessione di tutte le superfici, onde evitare che siano presenti gap o sovrapposizioni che vadano a inficiare il risultato del lavoro di modellazione. Successivamente, il modello CAD viene elaborato in un formato compatibile con il software di gestione della macchina RP. Lo standard grafico attualmente accettato da tutti i costruttori è l’STL (solid to layer), introdotto dalla società 3D Systems. Tale formato prevede la tassellizzazione (o mesh) delle superfici interna ed esterna del pezzo attraverso elementi triangolari. L’approssimazione di superfici curve attraverso facce triangolari introduce inevitabilmente un errore, valutato misurando la distanza tra il baricentro del triangolo e la superficie originaria. E’ possibile infittire il numero dei triangoli in presenza di una superficie curva del modello per raggiungere l’approssimazione richiesta.

L’STL è un formato molto banale e ridondante, nel quale sono indicati per ogni triangolo le tre coordinate spaziali dei tre vertici ed i tre coseni direttori della normale esterna alla superficie così definita. La triangolarizzazione dovrebbe essere sempre effettuata all’interno dell’ambiente CAD: quando

questo non è possibile (per la mancanza nel sistema del modulo di salvataggio in formato STL) è necessario utilizzare dei formati di interscambio (quali IGES, VDA o altri) e convertire il file in STL con dei CAD o dei convertitori software creati appositamente per questo scopo. È necessario ridurre al minimo questi passaggi intermedi, per evitare il deterioramento della “matematica” del modello e la necessità di riparare i files STL in uscita per la presenza di superfici non connesse o con incoerenze, che non possono essere trattate da un sistema RP. Spesso, però, può capitare che anche senza utilizzo di formati di dati intermedi, il file STL creato sia di scarsa qualità o comunque debba essere “riparato”: è quindi necessario che la workstation dedicata al RP sia equipaggiata con software adeguato. Il file STL viene poi elaborato dalla macchina per le successive fasi di orientamento del pezzo, generazione dei supporti e slicing. La prima fase consente di selezionare la direzione di “crescita” ottimale del prodotto, che influenza notevolmente precisione dimensionale, finitura superficiale e tempi e costi di produzione. La seconda fase è necessaria per alcune tecniche, per sostenere eventuali parti a sbalzo. Il file deve poi subire una ulteriore elaborazione, ovvero deve essere sezionato con una serie di piani ortogonali alla direzione di “crescita”, per ottenere le coordinate del contorno di ciascuna sezione. Lo slicing è un’operazione critica, perché condiziona in modo determinante la precisione del prototipo. Può essere uniforme, dando origine a strati di spessore costante, oppure adattativo ed in tal caso lo spessore verrà scelto in funzione della curvatura superficiale, per limitare al massimo l’aspetto a gradini della superficie esterna (effetto staircase). In questo secondo caso, quindi, la precisione del modello è sostanzialmente migliore, senza aver appesantimenti del file inviato al sistema di prototipazione. Le sezioni, che vengono costruite in successione dalla macchina RP, hanno spessori che variano da 0.05 a 0.5 mm, in dipendenza dalla tecnologia utilizzata.

Una volta ultimate queste operazioni preliminari, il prototipo viene generato dalla macchina, gli eventuali supporti vengono rimossi e il pezzo viene finito manualmente e, in certi casi, sottoposto a post-trattamenti per migliorarne le caratteristiche.

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Cino Zucchi architetto Modello per edifici resideziali nella area Portello ex Alfa Romeo, Milano 2005 www.zucchiarchitetti.com

LE TECNICHE DELLA PROTOTIPAZIONE RAPIDA LA STEREOLITOGRAFIA (SLA) Il processo stereolitografico (SLA è l’abbreviazione di StereoLitographic Apparatus) coinvolge quattro differenti tecnologie: laser, ottica, chimica dei fotopolimeri e software, ed è il primo e più importante sistema di RP commercialmente diffuso. Il processo è suddiviso in quattro fasi principali: preparazione, costruzione, pulizia e post-trattamento. 1. La preparazione, che avviene su workstation, prevede (ove necessario) anche la predisposizione dei supporti necessari per il sostegno del particolare durante la sua realizzazione. 2. La fase di costruzione del prototipo è controllata dal calcolatore. Il fascio laser (con potenze dell’ordine di qualche decina di mW) viene localizzato, mediante un opportuno sistema di ottica, sulla superficie della vasca contenente il monomero epossidico (allo stato liquido). Il fascio laser innesca una reazione chimica a catena che ha per effetto la polimerizzazione e perciò la creazione di una particella solida. Il movimento nel piano di focalizzazione del laser consente la realizzazione della prima sezione del prototipo. L’elevatore si abbassa di una quantità pari allo spessore di fotopolimero solidificato e una lama, o un sistema di ricopertura di precisione, ricopre la sezione appena costruita di un film liquido di monomero. Il processo riprende con la solidificazione di uno stato successivo, che aderisce stabilmente alla sezione sottostante. 3. Il processo continua fino alla completa realizzazione del prototipo, che verrà estratto dalla vasca sollevando l’elevatore e pulito per la fase successiva. 4. È chiaro che, per contenere il tempo di costruzione, il laser non può solidificare integralmente la sezione, ma si limiterà al suo profilo e ad un certo numero di linee che congiungono il pe-

rimetro interno con quello esterno, creando una struttura a nido d’ape. Al termine di questa fase, il particolare (green part) è solidificato all’esterno ma non completamente all’interno. Essendo la consistenza fisica non ancora accettabile, dovrà subire un post-trattamento per completare il processo di polimerizzazione. Quest’ultimo consiste nell’esposizione del particolare ad una lampada ad ultravioletti: la durata di questo processo è funzione delle dimensioni del particolare. In questo modo si completa la polimerizzazione della resina liquida ancora intrappolata all’interno del pezzo (che viene a questo punto chiamato red part). Completato il post-trattamento si provvede all’asportazione degli eventuali supporti e alla finitura del pezzo. Le principali caratteristiche che deve presentare un fotopolimero per impieghi stereolitografici possono essere così riassunte: * * * * * * *

elevata reattività alla radiazione laser utilizzata viscosità stabile e controllabile limitata volatilità limitata tossicità basso ritiro bassa energia di attivazione buone proprietà meccaniche dopo la polimerizzazione

La sinergia tra i costruttori dei sistemi per la stereolitografia e i fabbricanti delle resine, concretizzatasi in una lunga e costosa sperimentazione, ha consentito la messa a punto di fotopolimeri ad alte prestazioni che ottimizzano queste caratteristiche.

Vittorio Gregotti grattacielo Pirelli 2005. modello.

POLYJET Il principio di funzionamento utilizzato per la realizzazione del prototipo è la stampa a getto di un fotopolimero. Gli step con cui avviene la costruzione del prototipo, partendo dal file STL di questo, sono i seguenti: 1. dopo aver determinato con l’operazione di slicing il profilo della sezione, una testina di stampa multiugello trasla depone in modo selettivo il fotopolimero; 2. lo strato deposto viene completamente e contemporaneamente solidificato da una coppia di lampade ad ultravioletti posizionata dietro la testa di stampa; 3. ultimata la deposizione di una sezione, la tavola di costruzione si abbassa in direzione Z di una quantità pari allo spessore dello strato ed il processo riprende sino alla completa realizzazione del prototipo.

Al termine della fase di costruzione si effettua la rimozione dei supporti ed il pezzo è pronto per la finitura manuale e l’utilizzo finale. A differenza della stereolitografia non è necessario effettuare il post-trattamento dal momento che lo strato deposto è completamente solidificato dalle lampade UV.

MULTI JET MODELLING I prototipi vengono generati impiegando una tecnica simile a quella della stampa a getto di inchiostro aggiungendo però la terza dimensione ottenuta attraverso lo spostamento lungo l’asse Z della piattaforma di lavoro. Il cuore del sistema è costituito dalla testina stampante multiugello che eiettano, quando richiesto, un termoplastico liquefatto, il materiale rilasciato dagli ugelli solidifica e aderisce con il precedente strato. Le fasi del processo di costruzione sono le seguenti: 1. la testina viene posizionata sopra la piattaforma di lavoro per iniziare la generazione del prototipo; 2. la testina genera il primo strato depositando materiale durante il movimento nel piano X-Y; 3. la piattaforma viene abbassata e inizia la deposizione dello strato successivo; 4. il processo continua, strato dopo strato fino al completamento del modello; terminato il processo di costruzione si provvede all’eliminazione dei supporti ed il modello può essere immediatamente utilizzato.

DROP ON DEMAND I prototipi vengono generati impiegando una tecnica simile a quella della stampa a getto di inchiostro aggiungendo però la terza dimensione ottenuta attraverso lo spostamento lungo l’asse Z della piattaforma di lavoro. Il cuore del sistema è costituito da due testine indipendenti tra loro che eiettano su richiesta, un termoplastico liquefatto, il materiale rilasciato dagli ugelli solidifica

e aderisce con il precedente strato. Le fasi del processo di costruzione sono le seguenti: 1. le testine vengono posizionate sopra la piattaforma di lavoro per iniziare la generazione del prototipo; 2. le testina depongono in sequenza prima il materiale di costruzione e successivamente quello di supporto durante il loro movimento nel piano X-Y; 3. la piattaforma viene abbassata e inizia la deposizione dello strato successivo; 4. il processo continua, strato dopo strato fino al completamento del modello; terminato il processo di costruzione si provvede all’eliminazione dei supporti ed il modello può essere immediatamente utilizzato.

LASER SINTERING Diverse sono le tecnologie che fanno uso della sinterizzazione laser per la creazione di prototipi a partire da un materiale che ha consistenza di polvere (i più comuni sono materiali termoplastici, metalli e sabbia). Le modalità operative del processo sono suddivise nelle seguenti fasi: 1. Uno strato di polvere viene deposto da un rullo e pressato sull’elevatore. La camera dove avviene la sinterizzazione è mantenuta in atmosfera inerte e ad una temperatura prossima a quella di fusione della polvere, sia per minimizzare l’energia richiesta al laser (si utilizzano laser a CO 2 tra i 50W e i 200W), sia per minimizzare gli effetti del cambiamento di volame indotto dal cambiamento di fase. 2. La radiazione laser sinterizza la polvere consolidando la sezione. 3. L’elevatore si abbassa di una quantità pari allo spessore dello strato ed il processo può ri-

prendere fino alla completa costruzione del prototipo. Tale metodo costruttivo non necessita di supporti per il particolare in lavoraz one, le cui parti a sbalzo vengono sostenute dalla polvere non sinterizzata. Il particolare finito (red part) deve essere estratto e pulito dalla polvere non sinterizzata. Non si presentano problemi per l’evacuazione delle polveri rimaste nelle cavità interne. I pezzi in materiale polimerico generalmente non necessitano di post-trattamento, mentre particolari metallici e ceramici subiscono un trattamento termico che ne incrementa le cnratteristiche meccaniche. La finitura del pezzo, vista la sua caratteristica costruttiva, non può essere effettuata con tela abrasiva; si ricorre pertanto ad operazioni di infiltrazione con cera o, più semplicemente, ad una verniciatura con resina epossidica per eliminare le porosità della superficie. Pur utilizzando laser più potenti, rispetto alla stereolitografia si ha il vantaggio di poter impiegare materiali del tutto atossici, no limitati al solo campo delle materie plastiche.

FUSED DEPOSITION MODELLING (FDM) E’ l’unico sistema che impiega fili e barrette di materiali differenti per costruire il prototipo. Il cuore del sistema è la testa di estrusione che fonde il materiale (ad una temperatura che dipende dal materiale stesso, adeesempio per l’ABS circa 270°C) e lo deposita in sottili strati tramite un ugello calibrato. La testa di estrusione si muove nel piano per poter generare il contorno della sezione in lavorazione. La prima sezione viene realizzata su un supporto che si mu-

ove verticalmente e consente la costruzione del prototipo. La testa di estrusione, una volta realizzati i perimetri interno ed esterno della sezione, dovrà riempire lo spazio compreso tra questi per incrementare le proprietà meccaniche del prototipo. Il particolare non necessita di post-trattamento, gli eventuali supporti vengono generati automaticamente dal software di gestione. Il controllo della temperatura della testa di estrusione e della zona di lavoro è di fondamentale importanza per la corretta costruzione del particolare. Il processo ha il vantaggio di essere “pulito” dal punto di vista dell’impatto ambientale e la stazione di lavoro può essere installata a fianco di un CAD. I materiali impiegati sono a basso punto di fusione e alcuni di questi sono cera, ABS, lega ABSmetacrilato. Le dimensioni di lavoro dei sistemi FDM variano da 250x250x250 mm a 600x500x600 mm

LAMINAZIONE DI FOGLI DI CARTA (LOM) E’ una tecnica idonea a costruire prototipi di grandi dimensioni in tempi ridotti rispetto a quanto si può ottenere con gli altri sistemi di prototipazione; essa si realizza tramite il progressivo incollaggio di fogli di carta sui quali viene successivamente ricavata la sezione del pezzo mediante taglio meccanico o laser. Le fasi previste per la realizzazione del pezzo sono le seguenti: * incollaggio e taglio delle sezioni: è la fase di costruzione del prototipo controllata dal calcolatore di processo, nella figura è riportata la soluzione che prevede l’impiego del laser per il taglio della sezione. Al termine si ottiene un parallelepipedo di materiale stratificato dal quale è necessario estrarre il pezzo, operazione assimilabile ad un vero e proprio post-trattamento e delicata perché il materiale in eccesso deve essere tolto manualmente con utensili particolari tipici della lavorazione del legno. Dalla descrizione appare evidente che la funzione di supporto è svolta dalla carta in eccesso alla sezione tagliata; * finitura: l’aspetto esterno e la consistenza di un pezzo ottenuto con la tecnica di stratificazione è simile a quella del compensato, esso presenta però una forte anisotropia lungo la direzione perpendicolare a quella di costruzione con forti rischi di delaminazione. Il trattamento con tela abrasiva permette di ottenere buone finiture delle superfici ma queste devono comunque subire un trattamento di impermeabilizzazione con vernice per evitare che l’umidità dell’atmosfera causi deformazioni. I particolari possono essere impiegati per verifiche estetiche, di montaggio, in sostituzione dei classici modelli in legno per i processi fusori e nell’attrezzaggio rapido.

3D PRINTING E’ una tecnologia sviluppata presso il M.I.T. di Boston, nata inizialmente per la produzione di gusci ceramici ha trovato ultimamente un notevole nella produzione di elementi metallici e nella modellazione concettuale. Comprende numerose tecnologie per la prototipazione attraverso l’utilizzo di polveri ceramiche, polveri di cellulosa e polveri metalliche. La sequenza di operazioni necessarie per la preparazione di un prototipo è del tutto simile a quella della sinterizzazione laser e si differenzia da quest’ultima per il metodo impiegato nell’unione delle polveri. In tale tecnologia vengono unite mediante un collante spruzzato con la tecnica della stampa a getto d’inchiostro. Non sono necessari supporti per il particolare che però, deve essere estratto delicatamente dalle polveri. Il sistema di incollaggio deve possedere le seguenti caratteristiche: * la soluzione spruzzata deve contenere un’alta percentuale di collante ed avere bassa viscosità * la soluzione deve essere leggermente conduttiva per agevolare il lavoro della testina di stampa * il collante deve essere fatto asciugare rapidamente prima di poter applicare un secondo strato di polvere È necessaria, poi, una fase di post-trattamento di tipo combinato termico e chimico, al fine di evitare disgregazioni e per conferire migliori caratteristiche meccaniche all’elemento prodotto. In particolare vengono effettuati trattamenti di infiltrazione per garantire compattezza al parti-

colare. Oltre a quelle già nominate si segnalano, in questo gruppo, macchine desktop; le dimensioni ed il costo contenuto ne fanno un prodotto con una base di potenziali utilizzatori sicuramente più ampia dei sistemi RP tradizionali.

SELECTIVE LASER MELTING La fusione selettiva con il laser rappresenta una variante rispetto alla classica sinterizzazione selettiva laser, le differenze sostanziali rispetto a quest’ultima sono: * l’utilizzo di una polvere metallica integrale senza l’aggiunta di elementi bassofondenti; * la necessità di fornire una densità di energia molto più elevata per portare a fusione la polvere che si traduce nell’esigenza di una sorgente laser a elevata potenza. Il vantaggio è quello di ottenere un elemento massivo ad elevata densità, con caratteristiche metallurgiche identiche a quelle dei particolari realizzabili con i processi di produzione convenzionali. Partendo dal file STL del componente da realizzare, il processo di costruzione è sintetizzabile nei punti seguenti: * la polvere metallica viene depositata, pressata e livellata sulla tavola di costruzione della macchina; * la radiazione laser, opportunamente focalizzata con un sistema di specchi nel piano X-Y,

fonde in modo selettivo le particelle metalliche realizzando in tal modo la sezione desiderata e facendola contemporaneamente aderire a quella precedente. Nella camera di costruzione viene addotto un gas inerte per evitare l’ossidazione del materiale, durante la sua interazione con la radiazione laser; * l’elevatore viene abbassato di una quantità pari allo spessore dello strato ed il processo riprende fino alla completa costruzione del pezzo. Al termine della fase di costruzione, l’elevatore viene sollevato per poter estrarre il prototipo dal letto di polvere non trattata. La superficie del componente così ottenuto può essere migliorata sia mediante pallinatura che con la classica finitura manuale, è inoltre possibile effettuare le classiche lavorazioni meccaniche di foratura, fresatura e filettatura.

ELECTRON BEAM MELTING L’electron beam melting rappresenta una variante rispetto alla classica sinterizzazione selettiva laser, le differenze sostanziali rispetto a quest’ultima sono: * l’utilizzo di una polvere metallica integrale senza l’aggiunta di elementi bassofondenti; * la necessità di fornire una densità di energia molto più elevata per portare a fusione la polvere mediante una sorgente Electron Beam. Il vantaggio è quello di ottenere un elemento massivo ad elevata densità, con caratteristiche metallurgiche identiche a quelle dei particolari realizzabili con i processi di produzione convenzionali. Partendo dal file STL del componente da realizzare, il processo di costruzione è sintetizzabile

nei punti seguenti: * la polvere metallica viene depositata, pressata e livellata sulla tavola di costruzione della macchina; * il fascio di elettroni, opportunamente focalizzata con un sistema di specchi nel piano X-Y, fonde in modo selettivo le particelle metalliche realizzando in tal modo la sezione desiderata e facendola contemporaneamente aderire a quella precedente. Nella camera di costruzione viene eseguito il vuoto per evitare l’ossidazione del materiale; * l’elevatore viene abbassato di una quantità pari allo spessore dello strato ed il processo riprende fino alla completa costruzione del pezzo. Al termine della fase di costruzione, l’elevatore viene sollevato per poter estrarre il prototipo dal letto di polvere non trattata. La superficie del componente così ottenuto può essere migliorata sia mediante pallinatura che con la classica finitura manuale, è inoltre possibile effettuare le classiche lavorazioni meccaniche di foratura, fresatura e filettatura

D - SHAPE

D-Shape è un nuovo sistema di costruzione robotico che utilizza nuove tecnologie chimiche per creare strutture in materiali identici a quelli naturali come pietra, cemento o marmo. Il nuovo macchinario può creare edifici in scala reale senza l’ausilio dell’uomo, utilizzando la stampa stereolitografica 3D, che necessita soltanto di sabbia (o polvere di marmo) e di uno speciale agglomerante inorganico, per operare autonomamente. Il progettista deve solo schiacciare enter per vedere costruito il suo edificio. Le esistenti tecniche di costruzione in cemento armato che coinvolgono la manodopera dell’uomo, non sono abbastanza flessibili ed economicamente vantaggiose per poter creare forme concave o convesse. Strutture e forme prefabbricate, attrezzature da cantiere e manodopera specializzata hanno costi elevati che si possono evitare con le nuove tecnologie di stampaggio 3D. Il processo di costruzione è molto simile alla stampa tradizionale su carta. Su uno strato di sabbia (o polvere di natura inorganica) viene posato un layer di agglomerante. Il materiale che si crea è molto simile alla pietra o al marmo e nei test a trazione e compressione si è dimostrato talmente resistente da non necessitare di armatura in acciaio. Inoltre il materiale è al 100% ecocompatibile e non inquinante. Vista dall’esterno D-Shape è una grande struttura in alluminio, montabile e smontabile in poco tempo da 2 uomini, all’interno della quale verrà costruito l’edificio. Il software CAD-CAM controlla la testata appoggiata alla struttura e la guida nella posa dei layer di agglomerante. Un comune file 3D viene convertito in file STL come nelle normali PR, la stampa ha inizio dalla base verso l’alto di strati da 5 a 10mm di spessore. Muri dalle forme più stravaganti, pareti divisorie, colonne,

scale o statue, tutto viene realizzato in un unico processo e dopo 24 ore di solidificazione lâ&#x20AC;&#x2122;opera Ă¨ pronta per essere liberata dai residui di sabbia ed essere utilizzata.

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