Tecnologie di stampa 3D in metallo a confronto

La FFF in metallo è la tecnologia di produzione additiva per metalli più accessibile e sicura oggi disponibile sul mercato.

Come funziona la produzione FFF in metallo

Questo processo utilizza un filamento in polvere con legante realizzato da un supporto per stampaggio a iniezione (polvere di metallo "intrappolata" da un legante in polimeri cerosi). Utilizza un sistema di deceraggio e una fornace di sinterizzazione.

La FFF in metallo è un processo in tre fasi. Utilizza polvere con legante e la sinterizzazione, un processo ad alta energia che trasforma le parti stampate in 3D utilizzando un supporto di polvere metallica in un metallo solido:

Fattori di differenziazione

• Convenienza. La proprietà di una stampante FFF in metallo rappresenta un investimento significativamente inferiore rispetto ad altre stampanti in metallo.

• Sicurezza. Il filamento per stampanti 3D in metallo, costituito da polvere con legante, è relativamente sicuro da usare e le macchine possono essere utilizzate efficacemente con una formazione minima e DPI.
• Elevata resa con la prima stampa. Ottenuta grazie a un processo di sinterizzazione in massa che introduce meno sollecitazioni interne rispetto alla sinterizzazione selettiva.
• Ampia disponibilità di materiali. In futuro, la compatibilità con lo stato futuro potrà essere ancora più ampia. I tipi di metallo delle stampanti 3D industriali possono includere materiali esotici e leghe.

Considerazioni

• Non ottimizzata per le parti solide. In genere, le macchine stampano parti con riempimento a celle chiuse. Sebbene la FFF in metallo possa stampare parti solide, ciò può comportare un aumento dei tempi di stampa o limitare la varietà di parti che possono essere realizzate.
• Parti di forma quasi netta. Sebbene le parti possano essere sottoposte a post-lavorazione per ottenere tolleranze ristrette, il processo FFF in metallo stampa tipicamente parti di forma quasi netta.

Panorama attuale

La tecnologia FFF in metallo è in rapido sviluppo in seguito al progressivo aumento delle capacità e dell'affidabilità delle macchine. Nuove funzionalità ampliano continuamente la base di applicazioni. Molti settori stanno sfruttando le applicazioni all'avanguardia con la tecnologia FFF in metallo.

Prospettiva a lungo termine

Con la progressiva maturazione della tecnologia Metal FFF, un numero sempre maggiore di materiali e funzionalità continuerà a diversificare le applicazioni per cui la tecnologia può essere utilizzata. Le stampanti FFF in metallo diventeranno un'attrezzatura di uso abituale negli stabilimenti di produzione grazie alla convenienza, all'accessibilità e alla versatilità che presentano nella stampa 3D di parti metalliche complesse.

Come funziona la fusione a letto di polvere

Un laser montato su un telaio rinforzato traccia il percorso di un determinato strato, fondendo con precisione la polvere metallica.

1. Un sistema di distribuzione della polvere deposita un nuovo strato di polvere sfusa sulla parte in formatura.

2. Il laser fonde lo strato successivo e il processo si ripete.

3. Dopo la stampa, le parti vengono depolverizzate e sottoposte a post-lavorazione in base alle esigenze.

Fattori di differenziazione

• È possibile stampare parti specializzate. Questo include geometrie ultra complesse, parti di grandi dimensioni e parti completamente dense di grandi dimensioni.
• Tecnologia matura. Di conseguenza, esiste un'ampia scelta di materiali e diversi operatori del settore offrono un'ampia selezione di macchine.

Considerazioni

• Prezzo. La fusione a letto di polvere rimane costosa e i prezzi delle stampanti 3D in metallo per questa tecnologia sono solitamente superiori a 500.000 dollari per l'acquisto e l'installazione.
• Operazioni. Richiede un operatore esperto per il funzionamento, uno spazio isolato significativo in un reparto di produzione, e costose modifiche ai dispositivi di protezione individuale (DPI) e alle strutture. Ciò aumenta il costo della stampa 3D in metallo.
• Messa a punto di parti raffinate. Le parti metalliche complesse stampate in 3D richiedono molte iterazioni per ottenere una stampa accurata e di successo. Il processo genera inoltre sollecitazioni interne, che a loro volta possono comportare incrinature o deformazioni. Tuttavia, una volta impostati i parametri di stampa e di progettazione, è possibile stampare parti di alta qualità.

Panorama attuale

La fusione a letto di polvere rimane la tecnologia leader di mercato nel settore della stampa 3D in metallo. È presente un piccolo numero di operatori leader del settore con capacità avanzate e una classe di nuovi operatori che tentano di soddisfare una nicchia specifica o di offrire una soluzione più competitiva in termini di costi. Settori noti per applicazioni molto specializzate e ad alte prestazioni, ad esempio aerospaziale, automobilistico e medico, hanno aperto la strada all'adozione della fusione a letto di polvere.

Prospettiva a lungo termine

Si prevede che un'adozione più ampia promuoverà applicazioni della tecnologia di fusione a letto di polvere ancora più innovative. Con il graduale aumento dell'utilizzo della fusione a letto di polvere da parte dei diversi settori, emergeranno applicazioni più distinte. Una maggiore concorrenza favorirà inoltre la creazione di macchine più accessibili.

La tecnologia Binder Jetting utilizza leganti polimerici liquidi specializzati per creare parti tramite l'adesione di polvere di metallo sfusa. Il processo consente di realizzare parti leggermente legate che possono essere sinterizzate in lotti. Il binder jetting è una tecnologia emergente in via di sviluppo, con un grande potenziale e meritevole di attenzione.

Come funziona

La tecnologia binder jetting utilizza un processo in due fasi, con polvere sfusa e sinterizzazione post-stampa:

1. Durante il processo di stampa 3D in metallo, una testina a getto d'inchiostro deposita con precisione un legante specializzato su un letto di polvere metallica. Dopo la stampa di ogni strato, la macchina deposita una quantità maggiore di polvere sulla parte superiore in modo analogo alla fusione a letto di polvere, ripetendo il processo di stampa e distribuzione fino a quando le parti non vengono realizzate.
2. Le parti fragili vengono prima depolverizzate accuratamente e poi sinterizzate, bruciando il legante ed eseguendo la fusione per ottenere parti completamente metalliche.

Fattori di differenziazione

• Velocità di stampa elevata. Il processo di stampa è estremamente veloce e consente di realizzare molte parti contemporaneamente.
• Precisione. Le testine a getto d'inchiostro precise si prestano bene alla creazione di parti complesse e di feature intricate.

Considerazioni

• Sicurezza e manipolazione. L'uso di polvere sfusa comporta problemi di sicurezza e di manipolazione.
• Prezzo. Il costo minimo di acquisizione è di almeno 300.000 dollari. I prezzi possono raggiungere i 2 milioni di dollari.
• Porosità della parte. Non è stato dimostrato che questo processo abbia proprietà meccaniche affidabili e ripetibili su larga scala.
• Dimensioni delle parti e vincoli di progettazione. Molti aspetti sono ancora sconosciuti in relazione alle dimensioni e alla complessità delle parti che le macchine binder jetting possono effettivamente produrre.
• Durabilità delle parti verdi. Dopo la stampa, la resistenza del metallo stampato in 3D è molto bassa, il che può avere un impatto sulla produttività e sui vincoli delle parti.
• Replicabilità. La possibilità di stampare in 3D parti metalliche in modo accurato e replicabile con questa tecnologia è una domanda senza risposta.

Panorama attuale

La tecnologia binder jetting è ancora in via di sviluppo, con un numero ridotto di produttori in quest'area. Sebbene i principali operatori stiano investendo nella tecnologia, non ci sono molti utenti effettivi.

Prospettiva a lungo termine

Alcuni analisti del settore prevedono che la tecnologia binder jetting potrebbe essere il futuro della produzione di massa nell'area della stampa di parti funzionali in metallo. Tali proiezioni, tuttavia, dipendono dal fatto che i produttori trovino le risposte alle principali domande tecniche che sorgono quando si affronta il processo.