Realtà e vantaggi
Stampa 3D del metallo senza supporto

10 ottobre 2022 | Tempo di lettura: 4 min

La stampa 3D dei metalli senza supporto è una proposta interessante. Ma cosa significa veramente e perché è così attraente? Scoprite cos'è la stampa senza supporto, se è effettivamente possibile e quali vantaggi può apportare.

Cosa significa "senza supporto"?

Nella manifattura additiva (AM) la costruzione senza supporto si riferisce allo sviluppo di modi per produrre parti stampate in 3D completamente indipendenti da qualsiasi struttura di supporto. I supporti sono comunemente utilizzati nel processo di costruzione per rinforzare e mantenere la struttura del pezzo creato. Ciò è necessario per vari motivi, a seconda delle dimensioni e della forma del pezzo da costruire.

I supporti sono posizionati in modo strategico per prevenire la deformazione dovuta alle sollecitazioni termiche, favorire il trasferimento del calore lontano dal materiale fuso e proteggere il pezzo da formare dalla lama di ricopertura, che potrebbe causare un'alterazione della forma del pezzo in caso di impatto. Possono anche fornire ulteriore rigidità alla parte durante il processo di costruzione, ad esempio fissandola alla piastra di costruzione per tenerla ferma. Per creare strati di materiale additivo della forma giusta, parte della polvere viene utilizzata per creare supporti che sostengono gli elementi sporgenti della parte stampata. L'idea della stampa senza supporto eliminerebbe questi supporti, consentendo di costruire un pezzo completamente indipendente e pronto per l'uso non appena la stampa è completata. Concettualmente, la stampa senza supporto presenta molti vantaggi, ed è per questo che continua a essere un'aspirazione del settore. Non solo significa che si utilizza meno materiale nel processo di costruzione, ma presenta anche altri vantaggi. La domanda principale è quindi: è fisicamente possibile stampare in 3D senza supporto?
 

Vantaggi e svantaggi della stampa 3D con i supporti

I supporti funzionano essenzialmente come piccole piattaforme di costruzione rialzate sotto il pezzo da realizzare. Forniscono una struttura aggiuntiva alla costruzione. In alcune circostanze, senza il giusto supporto, un pezzo non riesce a formarsi completamente. Ciò è più frequente nel caso di sezioni sporgenti di un pezzo o quando un pezzo ha bisogno di un foro che lo attraversi completamente; entrambi questi scenari possono avanzare solo fino a un certo punto prima di non riuscire ad ancorarsi durante il processo di costruzione. L'uso dei supporti consente di produrre pezzi con una base stretta o con spazi vuoti. Come regola generale, i supporti tendono a essere necessari per qualsiasi aspetto di una costruzione che si estenda a meno di 45 gradi dalla piattaforma di costruzione; ciò significa che qualsiasi parte che si elevi ad angolo acuto può necessitare di supporti nella costruzione. Sebbene la costruzione di supporti durante il processo AM sia vantaggiosa per la creazione di parti più complesse ed elaborate, presenta anche diversi svantaggi. Questi sono principalmente legati ai materiali, ai tempi di stampa e alla post-elaborazione.

Inconveniente n. 1 - Tempi di stampa

Ciascuno dei supporti deve essere stampato progressivamente con ogni strato della costruzione, così come il pezzo stesso viene creato strato per strato. Ciò comporta tempi di stampa più lunghi che riducono l'efficienza e consumano più energia, con un impatto sul costo delle costruzioni in più modi.

Inconveniente n. 2 - Consumo di materiale

Poiché i supporti sono costruiti come il resto del pezzo in costruzione, significa che per realizzarli si utilizzano materiali superflui. I supporti vengono rimossi dal prodotto finale in fase di post-produzione e smaltiti come materiale di scarto, il che incide su tempi e costi.

Inconveniente n. 3 - Post-elaborazione

La maggior parte delle parti stampate in 3D passa attraverso una fase di post-elaborazione, che può consistere in diverse fasi, a seconda di ciò che è necessario per rifinire la parte e renderla adatta all'uso. Questa fase può comprendere la lavorazione e il trattamento superficiale per migliorare la tolleranza del pezzo e ridurre la rugosità della superficie, nonché il trattamento termico per migliorare le proprietà meccaniche e rimuovere le sollecitazioni termiche subite durante il processo di costruzione. Spesso è necessaria una fase di pulizia finale per rimuovere la polvere estranea. La costruzione con supporti più grandi e più numerosi richiede un processo di finitura più lungo e più intensivo rispetto a quello che si otterrebbe riducendo il numero o le dimensioni dei supporti. Questo processo, che richiede molto tempo, non è solo impegnativo dal punto di vista manuale, ma ha anche un costo aggiuntivo. Il tempo di manodopera specializzata e gli strumenti necessari vanno ad aggiungersi ai costi di produzione del prodotto. Ci sono anche casi in cui alcuni supporti sono inaccessibili e quindi non possono essere rimossi. Anche se non impediscono il funzionamento del pezzo, aggiungono peso e potenzialmente incidono sulle prestazioni complessive del pezzo. Nel caso dell'ingegneria di precisione, la possibilità di stampare senza questi supporti potrebbe avere vantaggi notevoli per l'uso futuro del pezzo.

I vantaggi dell'edilizia senza supporti

Passando alla stampa 3D senza supporto, il processo AM può essere migliorato dal punto di vista economico, ambientale e temporale. L'assenza di supporti durante la costruzione significa che una parte minore del materiale nel letto di polvere verrà fusa, con molteplici vantaggi per l'AM.

Hack per la velocità di produzione n. 1: Ridurre i tempi di produzione

Se i laser della stampante non devono aggiungere continuamente strati ai supporti man mano che la costruzione procede, si riduce il tempo di stampa. Mentre per ogni singolo strato della costruzione questo avrà un piccolo impatto in termini di risparmio di tempo, nel corso di una costruzione completa, inizia a sommarsi a una riduzione significativa del tempo necessario per completare la produzione di un pezzo. Applicato alla produzione su larga scala, questo consente alle aziende di ridurre i tempi di produzione in misura ancora più significativa.

Speed Hack di produzione n. 2: risparmiare risorse di post-elaborazione 

Se non ci fossero i supporti, la loro rimozione verrebbe completamente eliminata dalla fase di post-processing, il che ha spesso un impatto significativo sui tempi di consegna. Gran parte del tempo dedicato alla post-lavorazione si concentra sulla rimozione dei supporti. Poiché sono attaccati al prodotto finale, devono essere rimossi e la superficie deve essere trattata in modo che si adatti perfettamente al resto della superficie del pezzo. Per fare questo sono necessarie competenze e strumenti specialistici che costano alle aziende in termini di tempo e denaro. In casi estremi, una fase di lavorazione di un minuto durante la costruzione può portare a un aumento del lead time di un giorno. Una costruzione priva di supporti eliminerebbe la necessità di tali intensivi aggiustamenti post-processuali, rendendo molto più rapido ed economico il completamento di un pezzo. Senza dover rimuovere i supporti, la parte stampata avrà anche una finitura superficiale migliore e più uniforme.

Speed Hack di produzione #3: consumare meno materiale e ridurre l'impatto ambientale

Tenendo conto della sostenibilità e della produzione responsabile, è chiaro che l'assenza di supporti, o addirittura la loro riduzione in termini di dimensioni e numero, comporta l'utilizzo di meno materiale. Ciò si traduce in un minor livello di scarti di materiale e in una riduzione del dispendio energetico, abbattendo i costi finanziari e ambientali della stampa 3D. Si riduce anche il tempo complessivo del processo di stampa iniziale e della procedura di post-processo per la finitura del pezzo, consentendo una maggiore efficienza e semplicità.

Grazie al pensiero innovativo dei leader del settore, l'angolo critico di 45 gradi viene ora messo in discussione e sfidato. Sono ora disponibili molti software e pacchetti di parametri che consentono agli utenti di stampare sporgenze e ponti ad angoli molto più bassi, senza compromettere l'efficacia del processo di stampa 3D e la qualità delle parti metalliche prodotte.

Date un'occhiata a questo caso di studio sulle giranti con mantello, in cui è stata ottenuta una costruzione senza supporti nonostante si siano spinti i limiti degli angoli di sporgenza a ben 10 gradi. Questo particolare progetto ha visto anche la completa eliminazione dei supporti interni, il che rende la procedura di post-elaborazione molto meno complicata: i supporti posizionati in modo scomodo all'interno di un pezzo possono essere tra i più difficili da rimuovere, anche se non sono i più grandi. Grazie alla riduzione delle dimensioni e del numero di supporti, il costo complessivo di produzione delle giranti è stato ridotto del 35%. Il team di sviluppo del processo ha preso i risultati di progetti specialistici su misura come questo e li ha applicati ai processi standard disponibili per il software di stampa 3D "plug and play". Ciò significa che ora, anche senza un consulente esperto, è possibile ridurre i limiti angolari a 20 gradi come standard.

Come EOS vi supporta nella stampa senza supporto

Il nostro software specializzato, EOSPRINT 2, è stato progettato per offrire la piattaforma più versatile per gestire le vostre esigenze di stampa 3D. Per chi vuole iniziare a lavorare nel mondo della produzione additiva, viene fornito con una serie di soluzioni "plug and play". Queste forniscono tutto ciò che serve per costruire prodotti in modo semplice, senza dover configurare o regolare i parametri. La programmazione avanzata del software gestisce gran parte del lavoro al posto dell'utente, che può così stampare con facilità. Per chi ha già esperienza nella stampa 3D, EOSPRINT consente anche una maggiore sperimentazione e calibrazione. Invece di utilizzare le soluzioni preimpostate, è possibile modificare manualmente le impostazioni. Questo è perfetto per chi desidera migliorare la propria produzione additiva con la certezza che il software che si sta utilizzando è della massima qualità. Per supportarvi nello sviluppo della stampa 3D in metallo e aiutarvi a sfruttare al meglio le capacità del nostro software, offriamo un corso di eLearning. Questo modulo sulla stampa 3D fornisce una panoramica completa sulla produzione additiva senza supporto per il metallo, fornendo conoscenze specialistiche per ridurre i costi, risparmiare tempo e promuovere l'innovazione in tutta la catena di processo.

Infine, se avete un progetto specifico che volete vedere realizzato, il nostro team Additive Minds è qui per aiutarvi. Per qualsiasi progetto su misura che richieda un livello di considerazione e comprensione maggiore di quello che i nostri pacchetti software possono fornire, questo è il posto migliore per voi. Non importa quale sia il vostro livello di esperienza: noi vi assistiamo nella vostra ricerca di una stampa 3D in metallo senza supporto.