In che modo i repository per la produzione additiva di metallo influiscono sulla qualità della costruzione

27 luglio 2022 | Tempo di lettura: 4 min

La scelta di una lama di rivestimento per la produzione additiva per i vostri lavori di stampa 3D in metallo può sembrare una decisione difficile da prendere, ma se vi dicessimo che non è necessario? Il nostro team di ricerca ha sperimentato combinazioni di rivestimenti e polveri per la produzione additiva per farvi capire meglio come influiscono sulla qualità dei vostri lavori.

Quali sono i diversi materiali di rivestimento?

Esistono diversi tipi di lame per rivestimenti, ciascuna realizzata con un materiale diverso e utilizzata per uno scopo diverso. In generale, però, si possono distinguere in due categorie: morbide e dure.

Le lame di ricopertura morbide hanno un labbro in elastomero o una spazzola in carbonio e sono generalmente utilizzate per progetti più delicati che richiedono un dettaglio più fine del pezzo finito. Questo tipo di rivestimenti è in grado di flettersi intorno alle imperfezioni, riducendo il rischio di interruzioni del lavoro a causa di inceppamenti del rivestimenti, ma ciò può significare che i pezzi sono meno puliti. Le ricopritrici morbide sono efficaci anche per i pezzi ad alto rapporto d'aspetto con un'ampia superficie.

Le lame per rivestimenti rigidi possono essere realizzate in acciaio ad alta velocità (HSS) o in ceramica all'ossido di zirconio, ideale per la costruzione di polveri metalliche magnetiche. I rivestimenti duri offrono un livello superiore di qualità e ripetibilità dei pezzi, migliorando al contempo lo sviluppo dei materiali e dei processi, motivo per cui sono la scelta preferita per le stampanti 3D EOS. Sebbene sia più probabile che si verifichino inceppamenti, perché la lama non è così indulgente come quella di un rivestire morbido, un rivestire duro non è la scelta migliore quando si devono costruire strutture sottili.

Test dei rivestimenti per la produzione additiva

Per scoprire se una diversa combinazione di rivestimenti per la produzione additiva e polvere metallica ha un impatto sulla qualità finale di una costruzione, abbiamo scelto tre rivestimenti e tre materiali di stampa per una serie di test comparativi.

I tre metalli scelti sono stati EOS Aluminium AlSi10Mg, EOS Titanium Ti64 e EOS MaragingSteel MS1. Abbiamo scelto queste tre polveri metalliche particolari e ampiamente utilizzate perché ognuna di esse ha proprietà diverse. La polvere di alluminio è una lega leggera spesso utilizzata nelle applicazioni aerospaziali e di mobilità, mentre il titanio è un materiale molto più denso e robusto utilizzato in vari settori, in particolare nella produzione di impianti medici. La polvere di acciaio è il nostro materiale magnetico, spesso utilizzato nella produzione di utensili. I fattori chiave che differenziano queste polveri, per quanto riguarda il nostro esperimento, sono le loro diverse densità e la distribuzione delle particelle di polvere, che ci permettono di osservare come i diversi rivestimenti influiscono su una gamma di tipi di polvere.

Ogni metallo è stato testato con gli stessi rivestimenti morbidi: il labbro di silicio e la spazzola di carbonio. A causa delle sue proprietà magnetiche, la polvere d'acciaio è stata testata con una lama dura in ceramica, mentre gli altri due sono stati abbinati al rivestimento HSS.

Abbiamo tracciato diverse costruzioni standardizzate in modo da poterle confrontare direttamente. Una serie di forme semplici, come cilindri in vari orientamenti e cubi, sono stati disposti per il primo layout del lavoro. Questo lavoro è stato eseguito sette volte in totale: una volta per ogni combinazione di vernice e vernice, più una versione standard di "controllo".

Un secondo lavoro è stato progettato specificamente per testare le lame in elastomero per la stampa di dettagli fini. I pezzi di questo lavoro comprendevano l'aggiunta di una palla a reticolo e di una torre degli scacchi con una struttura interna in filigrana, per spingere al massimo le capacità dei recoaters. Per questo secondo lavoro, metà della piattaforma di costruzione è stata lasciata intenzionalmente vuota, in modo da poter osservare l'effetto della lama danneggiata sul letto di polvere dopo il completamento dei pezzi.

Cosa abbiamo trovato?

In parole povere, non abbiamo riscontrato alcuna differenza tra i vari rivestimenti, indipendentemente dalla polvere metallica utilizzata. Questo non vuol dire che non ci siano differenze tra i pezzi prodotti, ma semplicemente che qualsiasi rigeneratore sia stato utilizzato per una determinata polvere non ha prodotto alcuna differenza percepibile. Quando, ad esempio, è stato utilizzato ciascun rigeneratore per stampare con la polvere di titanio, tutti i pezzi costruiti erano abbastanza coerenti.

Sono stati valutati tre aspetti principali per ogni modello, per stabilire le eventuali differenze. In primo luogo, abbiamo esaminato le prestazioni delle lame di rivestimento per capire se una combinazione di rivestimento e polvere avesse maggiori probabilità di incepparsi. In secondo luogo, abbiamo esaminato la qualità complessiva dei pezzi finiti per vedere se qualcuno si distingueva dagli altri, le proprietà meccaniche e la porosità dei pezzi costruiti. In terzo luogo, abbiamo analizzato il letto di polvere dopo la costruzione per identificare eventuali interruzioni del materiale di costruzione, come il "clumping" della polvere, dove polveri di densità diversa possono reagire in modo diverso al recoater scelto.

Per tutte le combinazioni recoater-polvere, abbiamo riscontrato che le prestazioni della stampante, la qualità della costruzione e l'integrità del letto di polvere rientravano nei parametri richiesti per una "buona costruzione". Sono state notate alcune discrepanze minime, che abbiamo ipotizzato possano essere dovute a un cambiamento del lotto di materiale.

Cosa abbiamo imparato?

Da questa ricerca è emerso che, dal punto di vista della qualità costruttiva, non è importante quale combinazione di polvere metallica e recoater si utilizzi. Ciò che conta è la destinazione d'uso del pezzo che si sta creando. Ciascuna delle polveri metalliche e dei rivestimenti testati offre vantaggi per diverse applicazioni pratiche. L'utilizzo del metallo giusto per il pezzo giusto è l'obiettivo principale, mentre l'utilizzo di un recoater che permetta al pezzo di funzionare al meglio segue a ruota.

Dalle piccole imperfezioni notate, siamo ora curiosi di continuare la nostra ricerca per vedere come qualsiasi potenziale contaminazione derivante dal cambio di polveri e rivestimenti nella stampante 3D possa influenzare le prestazioni delle parti costruite da un lavoro all'altro. È su questo che si concentrerà la nostra prossima fase di ricerca: Eseguire analisi chimiche sui pezzi e sul letto di polvere per verificare l'eventuale presenza di contaminazione e determinare se questa influisce sulle applicazioni pratiche a lungo termine dei pezzi costruiti utilizzando diverse combinazioni di rivestimenti e polveri.

Per saperne di più sui dettagli della nostra ricerca sulla qualità costruttiva di varie combinazioni di vernice metallica e polvere, scaricate il nostro whitepaper.