Università degli Studi di Trieste
Ingegneria dei Materiali – A.A. 2005-2006
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA – Prof. N.Scuor
LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Analisi delle differenti tecnologie di Rapid Prototyping
A. Cicutto, M.Cocolin, T. Gussetti, M. Nicotra
1
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Prototipazione rapida (Rapid Prototyping)
Cos’è?
E’ una serie di sistemi che partendo da una definizione matematica
specificata su un CAD 3D e utilizzando processi rapidi, flessibili e altamente
automatizzati riproducono un oggetto a prescindere dalla sua complessità
tramite tecniche additive
PUNTI DI FORZA
• TEMPI RIDOTTISSIMI
• PROTOTIPO IN UN’AMPIA GAMMA DI MATERIALI
• FORME E GEOMETRIE COMPLESSE
2
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
PERCHE’?
Da sempre c’è bisogno di utilizzare un piano bidimensionale per
comunicare idee prima di tradurle in pratica
MA
No certezza su fedeltà del modello sullo schermo rispetto a
rappresentazione del concreto
La prototipazione rapida ha obiettivo di sfondare questa barriera
Trasformare fuggevoli immagini sullo schermo in un oggetto
solido e concreto
3
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Da idea pioneristica di CHARLES W.HULL (1982)
nasce 3D SYSTEM INC. (Società americana leader nel settore)
Diffusione di sistemi CAD
Continue ricerche scientifiche
Favorito sviluppo di tecnologie sempre nuove e diverse
•Selective laser sintering
•Fused deposition modeling
•Laminated object manufacturing
4
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Ora il processo viene utilizzato da realtà industriali di piccola/media
dimensione
- tempi di lavorazione minori
- tolleranze dimensionali inferiori
- finitura superficiale sempre migliore
- resistenze dei modelli PR a condizioni climatiche variabili e
a sollecitazioni meccaniche, termiche e chimiche sempre più
forti
- macchine di PR sono di semplice impiego
- disponibilità di vasta gamma di materiali per produzione
5
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Trasformazione del mercato da anni ’70 a oggi ha imposto:
- crescita del numero di varianti
- progressiva riduzione del ciclo di vita del prodotto
- incremento complessità prodotto
- contenimento tempi di consegna
FATTORE PIU’
IMPORTANTE
6
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Le tecniche di Rapid Prototyping
Si parte da
PROTOTIPO: primo elemento di una serie
Durante lo sviluppo di un prodotto vengono realizzate le seguenti tipologie
di prototipo:
•Concettuali
•Funzionali
•Tecniche
•Preserie
FUNZIONE: verifica funzionale, la valutazione dei costi, la valutazione
di tempi di flusso e della risposta del mercato
7
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Tecnologia tradizionale
Fabbricazione prototipi affidata a modellisti (operazioni manuali)
Costi elevati
Tempi lunghi
VS
Incompatibilità con esigenze delle aziende di ridurre i tempi di
immissione sul mercato e di ridurre i costi
Ricorso a Prototipazione rapida
8
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Rapid prototyping: si intende un insieme di processi che
realizzano modelli e componenti per l’addizione di materiale layer
by layer a partire da un modello matematico 3D
Le macchine di PR ricostruiscono l’oggetto che rappresenta
l’oggetto matematico di partenza fabbricando strati successivi di
materiali costituiti volta per volta da liquidi, polveri, fili o laminati
Tecnica nota anche come Layer Manufacturing
9
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Le fasi del processo di Rapid Prototyping
10
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Prototipo viene disegnato a CAD
Utilizzo modellatore 3D solido o superficiale (particolare
attenzione a chiusura e connessione di tutte le superfici per
evitare gap o sovrapposizioni)
Modello CAD viene elaborato in un sistema compatibile con il
software di gestione della macchina PR.
Attualmente si utilizza l’STL (solid to layer)
Prevede la tasselizzazione della superficie interna ed esterna del
pezzo attraverso elementi triangolari.
L’approssimazione conterrà un errore che può essere valutato
misurando la distanza tra baricentro del triangolo e la superficie
originaria.
E’ possibile infittire il numero di triangoli per avere
l’approssimazione richiesta
11
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Per ogni triangolo sono indicate le 3 coordinate spaziali dei 3 vertici ed
i 3 coseni direttori della normale esterna della superficie.
Triangolarizzazione è procedimento che può essere sempre effettuato
all’interno dell’ambiente CAD
Ottengo file in formato STL che viene elaborato dalla macchina per le
Successive fasi di:
-Orientamento del pezzo
-Generazione dei supporti
-Slicing
12
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Esempio di file STL
13
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Prima fase: consente di selezionare la direzione di “crescita”
ottimale del prodotto (influenza precisione
dimensionale prodotto, finitura superficiale, tempi e
costi di produzione);
Seconda fase: necessario per alcune tecniche, per sostenere
eventuali parti a sbalzo;
Terza fase: Slicing
14
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Slicing:
- uniforme: dando origine a strati di spessore costante
- adattativo: spessore viene scelto in funzione della curvatura
superficiale, per limitare al massimo l’aspetto a gradini
della superficie esterna (ho precisione migliore)
Le sezioni che vengono costruite in successione dalla macchina
RP hanno spessori che variano da 0.05 a 0.5 mm a seconda della
tecnologia utilizzata.
Dopo queste operazione il modello viene generato dalla macchina
e il pezzo viene rifinito manualmente e se necessario sottoposto a
post-trattamenti per migliorarne le caratteristiche
15
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Un esempio di RP (FDM)
16
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Tecniche di prototipazione rapida
17
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Schematizzazione delle tecniche di RP
18
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
La Stereolitografia (SLA):
- è la prima e la più importante tecnica RP diffusa a
livello commerciale;
- coinvolge 4 diverse tecnologie:  laser
 ottica
 chimica dei fotopolimeri
 software
19
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
La Stereolitografia (SLA):
Prevede 4 fasi principali:
a. Preparazione della Work Station (ev. predisposizione supporti
modello);
b. Costruzione:
- localizzazione di fascio laser tramite sistema ottico (ctrl calcolatore);
- polimerizzazione di resina epoxy LIQUIDA: si ottengono particelle solide;
- movimentazione del piano di focalizzazione: realizzazione di una sezione;
- allontanamento della sezione con elevatore (Δh pari a spessore sezione);
- copertura della sezione con del polimero tramite un sistema di precisione;
- rifocalizzazione del laser e nuova movimentazione della work station;
20
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
c. Pulizia;
d. Post trattamento:
- esposizione a lampada UV di Green Part*: cottura del crudo e
completamento della polimerizzazione
- eventuale finitura superficiale (eliminazione delle porosità con abrasivi o
vernici);
*Green Part VS Red Part:
Allo scopo di ridurre i tempi di produzione, il laser non viene utilizzato per
polimerizzare l’intera sezione ma solo i profili interni ed esterni nonché dei
collegamenti tra di essi. Parte del polimero rimane allo stato liquido. Si ottiene
così la Green Part o crudo, di consistenza insufficiente e la cui polimerizzazione
viene poi completata ottenendo la Red Part.
21
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Schema del processo di SLA
22
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Il processo SLA
23
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Esempio di produzione tramite
SLA a partire da file STL o CAD
24
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Esempio di RP SLA
25
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
La Stereolitografia (SLA): Caratteristiche del fotopolimero
-
elevata reattività alla luce laser;
-
viscosità stabile e controllabile;
-
limitata volatilità;
-
limitata tossicità;
-
basso ritiro;
-
bassa energia di attivazione;
-
buone proprietà meccaniche dopo la polimerizzazione.
26
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Polyjet:
- paragonabile ad una stampa a getto (inchiostro = fotopolimero);
- descrizione del processing: - acquisizione file STL o CAD;
- slicing;
- deposizione selettiva (testina multijet);
- esposizione UV;
- traslazione della work station;
NB: terminata la realizzazione delle varie sezioni del modello, si effettua
una eventuale finitura manuale; non è necessario nessun tipo di post
trattamento (cfr SLA), in quanto il polimero viene fatto reticolare subito
dopo la sua deposizione.
27
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Schema del processo Polyjet
28
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Il processo Polyjet
29
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Esempio di Polyjet (macchina e prodotti)
30
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
MJM (Multi Jet Modeling):
- paragonabile ad una stampa a getto (inchiostro = polimero
termoplastico liquefatto – solidifica aderendo allo strato precedente);
- descrizione del processing: - posizionamento della testina sulla work
station;
- deposizione di un primo strato di polimero e
movimentazione testina sul piano x-y;
- movimentazione della work station (asse z)
e inizio deposizione di una nuova sezione;
NB: il processo descritto viene ripetuto fino al completamento del
modello, che non necessita di finiture successive e può essere subito
utilizzato.
31
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Schema del processo MJM
32
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Drop On Demand (DOD):
- è una stampa 3D;
- è simile alla MJM come processing e materiali impiegati. La differenza
principale consiste nel numero delle testine della macchina (due, o due
gruppi in questo caso);
- non necessita di nessuna preparazione della workstation ( i supporti
per il modello vengono generati dalla macchina stessa. Si prevede
l’utilizzo di più materiali e testine indipendenti);
- si depone prima il materiale di costruzione e poi quello di supporto;
33
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Schema del processo DOD
34
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Laser sintering:
È un processo che sfrutta la sinterizzazione di POLVERI, siano esse
metalliche, polimeriche o ceramiche. Prevede a livello del processing
diverse fasi:
1) Deposizione della polvere, pressata (tramite rullo) su tutta la
workstation;
2) Sinterizzazione laser della polvere;
3) Allontanamento dell’ elevatore;
Terminata la fase di sinterizzazione, la Red Part viene estratta e pulita
dalla polvere non sinterizzata, che può essere facilmente rimossa anche
da eventuali cavità del modello.
35
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Schema del processo Laser SIntering
36
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Schema 3D del processo Laser SIntering
37
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Il processo SLS
38
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Il processo SLS
39
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Laser sintering: caratteristiche di processo
- la camera di lavoro è ad atmosfera inerte e a temperatura controllata
(T ≈ Tf per diminuire energia necessaria alla sinterizzazione e
compensare i ritiri volumetrici);
- laser a CO2, potenza tra 50 e 250 W;
- non sono necessari supporti: la polvere sostiene sé stessa;
- si effettua per polveri ceramiche e metalliche un post-trattamento per
incrementare le proprietà meccaniche del modello;
- la finitura non viene effettuata per abrasione, ma per infiltrazione di
cera o con vernici epoxy per eliminare le porosità;
- è necessario un laser più potente, ma i materiali sono ATOSSICI e non
solo di natura polimerica
40
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Fused Deposition Modelling (FDM):
- 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 e lo
deposita in strati sottili tramite un ugello calibrato. La testa si muove nel
piano per generare il contorno della sezione;
- La prima sezione viene realizzata su un supporto che si muove
verticalmente;
- La testa di estrusione dopo aver realizzato i perimetri interno ed
esterno riempie lo spazio compreso (incremento le proprietà
meccaniche);
41
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Fused Deposition Modelling (FDM):
- Non sono richiesti post-trattamenti;
- Il controllo della temperatura della
testa e della zona di lavoro sono
fondamentali;
- Processo “pulito” e la stazione di
lavoro può esser installa vicino a un
CAD;
- Vengono impiegati materiali a basso
punto di fusione (cera, ABS, lega ABSmetacrilato).
42
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
43
Il processo FDM
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Laminazione di fogli di carta (LOM):
- Tecnica idonea a costruire prototipi di grandi dimensioni;
- Progressivo incollaggio di fogli di carta sui quali viene dopo ricavata la
sezione del pezzo mediante taglio meccanico o laser;
- Processing:
- incollaggio e taglio delle sezioni: fase di costruzione del
prototipo, si ottiene un parallelepipedo di materiale
stratificato dal quale si deve estrarre il pezzo (materiale
in eccesso viene tolto manualmente con utensili). La
carta in eccesso alla sezione tagliata funge da supporto;
44
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
- finitura: ottengo un pezzo con aspetto
esterno e consistenza simile al
compensato, però presenta una forte
anisotropia lungo la direzione
perpendicolare a quella di costruzione
(pericolo delaminazione). Un trattamento
con tela abrasiva permette di ottenere
buone finiture superficiali, però è meglio
effettuare un ulteriore trattamento
impermeabilizzante con vernice per evitare
deformazioni causate dall’ umidità.
45
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Schema del processo
46
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Il processo LOM
47
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
3D Printing:
-Tecnologia sviluppata presso il M.I.T. di Boston per la produzione di
gusci ceramici, recentemente usata per la produzione di elementi
metallici e nella modellazione concettuale;
- Comprende numerose tecnologie per la prototipazione attraverso l’
utilizzo di polveri ceramiche, di cellulosa e metalliche;
- Le operazioni necessarie sono simili a quelle della sinterizzazione laser
e si differenziano per il metodo di unione delle polveri (viene usato un
colante spruzzato con la tecnica della stampa a getto d’inchiostro);
48
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Caratteristiche del sistema di incollaggio:
- la soluzione spruzzata deve contenere un’alta percentuale di
collante e bassa viscosità;
- la soluzione deve esser conduttiva per agevolare il lavoro della
testina di stampa;
- il collante deve esser fatto asciugare rapidamente prima di
applicare un secondo strato di polvere.
Vengono effettuati post-trattamenti di tipo combinato chimico e termico
per evitare disgregazioni e migliorare le caratteristiche meccaniche
(infiltrazioni per garantire compattezza)
49
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Schema del processo
50
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Selective Laser Melting:
La fusione selettiva con laser è una variante rispetto alla classica
sinterizzazione selettiva con laser, le differenze sono:
- Utilizzo una polvere metallica integrale senza
aggiunte di elementi bassofondenti;
- Bisogna fornire una densità di energia molto elevata
per fondere la polvere (sorgente laser a elevata
potenza)
Ottengo un elemento massivo ad elevata densità
51
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Processing: - deposizione, pressatura e livellatura della polvere
metallica sulla tavola di costruzione della macchina;
- il laser, focalizzato tramite un sistema di specchi nel
paino X-Y, fonde in modo selettivo le particelle metalliche
realizzando la sezione desiderata e facendola aderire
alla precedente. Nella camera viene addotto un gas
inerte per evitare l’ossidazione del materiale;
- l’elevatore viene abbassato di una quantità
corrispondente allo spessore dello strato e il processo
riprende fino alla completa realizzazione del pezzo.
52
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Al termine l’elevatore viene sollevato per estrarre il prototipo, la cui
superficie può esser migliorata sia tramite pallinatura che tramite la
classica finitura manuale.
Schema del processo
53
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Electron Beam Melting:
L’ electron beam melting è una variante rispetto alla classica
sinterizzazione selettiva con laser, le differenze sono:
- Utilizzo una polvere metallica integrale senza
aggiunte di elementi bassofondenti;
- Bisogna fornire una densità di energia molto elevata
per fondere la polvere (sorgente Electron Beam)
Ottengo un elemento massivo ad elevata densità
54
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Processing: - deposizione, pressatura e livellatura della polvere
metallica sulla tavola di costruzione della macchina;
- il fascio di elettroni, focalizzato tramite un sistema di
specchi nel paino X-Y, fonde in modo selettivo le
particelle metalliche realizzando la sezione desiderata e
facendola aderire alla precedente. Nella camera viene
eseguito il vuoto per evitare l’ossidazione del materiale;
- l’elevatore viene abbassato di una quantità
corrispondente allo spessore dello strato e il processo
riprende fino alla completa realizzazione del pezzo.
55
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Al termine l’elevatore viene sollevato per estrarre il prototipo, la cui
superficie può esser migliorata sia tramite pallinatura che tramite la
classica finitura manuale.
56
Schema del processo
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Rapid tooling (RT)
57
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Rapid tooling (RT):
- Insieme di tecniche mirate alla realizzazione in brevi tempi di
attrezzature per pre-serie;
- L’attrezzatura prototipale non viene sottoposta alle sollecitazioni
meccaniche e termiche dello stampo definitivo in acciaio;
- Permette risparmi economici fino al 70% nonché riduce i tempi di
produzione;
- Elevata diffusione a livello industriale;
INDISPENSABILE PER ESSERE
COMPETITIVI
58
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Rapid tooling (RT): Tecniche
Le tecniche RT si dividono in:
-Tecniche per la produzione di stampi leggeri
SOFT TOOLING
(produzione: centinaia di unita, tempi brevi);
-Tecniche per la produzione di stampi rigidi
HARD TOOLING
(produzione: 10.000 pezzi o oltre, tempi più lunghi);
59
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Rapid tooling (RT): Tecniche
Le tecniche RT si suddividono in:
-Tecniche di tipo DIRETTO = la macchina produce
direttamente l’attrezzatura;
-Tecniche di tipo INDIRETTO = si combina il prototipo
rapido con processi tradizionali per ottenere
l’attrezzatura;
60
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Rapid tooling diretto:
Permette la costruzione dell’attrezzatura idonea alla
realizzazione di:
- Inserti per stampi per iniezione di cera (microfusione);
- Inserti per stampi destinati all’iniezione, soffiaggio o termoformatura
di resine termoplastiche;
- Stampi per imbutitura di lamiera;
61
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Rapid tooling diretto: processi utilizzati
- SLA, SLS e FDM: possono generare inserti per stampi da cera
garantendo un numero limitato di iniezioni;
- SLS di miscele metalliche, Selective Laser Melting ed Electron Beam
Melting (generazione di inserti per iniezione di polimeri - 1000 pezzi - o
per pressocolata – 50/100 elementi);
62
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Rapid tooling indiretto:
- Sviluppato contemporaneamente alle macchine RP;
- I metodi più diffusi sono: - Stampi in silicone;
- Spin Casting;
- Stampi in resina rigida;
- Stampi in lega bassofondente;
- Stampi ottenuti tramite metal spraying;
- Processo KelTool
63
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Stampi in silicone:
- Stampi flessibili per la realizzazione di un numero limitato di
particolari in materiale prox a quello definitivo da destinare a prime
verifiche funzionali;
- Uso di attrezzature in resina siliconica flessibile e autodistaccante,
per particolari anche molto complessi = contenimento dei costi;
Processing: - realizzazione di prototipo dotato di sfiati e canali di colata;
- posizionamento del prototipo in una cassetta di contenimento;
- si esegue la colata di resina precedentemente degasata;
- si effettua un secondo degasaggio;
- cottura in forno;
64
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Esempio di stampo in silicone
65
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Spin Casting:
- Per produzione di stampi flessibili in silicone impiegati per colata di leghe
a base di Zinco con Tf = 500°C;
- Processing Stampo: - asportazione manuale di parte di dischi di silicone
non vulcanizzato per realizzare l’alloggiamento del
modello;
- inserimento del master;
- chiusura dello stampo;
- vulcanizzazione dello stampo mediante pressa
riscaldata;
- apertura dello stampo e realizzazione dei dispositivi
di colata (canali, materozze, sfiati);
66
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Spin Casting:
Lo stampo realizzato viene disposto in una macchina per colata centrifuga
per ottenere un’efficace riempimento; completato il raffreddamento, i
particolari vengono estratti.
NB: si potrebbero impiegare tutti i materiali colabili, ma si usano per lo più
leghe di Zn, come nell’esempio seguente, o PU (Poliuretani)
67
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Stampi in resina rigida:
- Uso di resine additivate, generalmente Epoxy;
- Sistema diffuso per produzione di attrezzature su piccola scala;
- Realizzazione di stampi di grandi dimensioni, con attrezzature e
capitali minimi;
- Limitata resistenza ad alte temperature;
- Scarsa conducibilità termica;
Restrizione del campo
di applicazione
68
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Esempio di stampo in resina rigida
69
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Stampi in lega bassofondente:
- Uso di leghe bassofondenti (max 300°C);
- Leghe generalmente a base di Bismuto, che si espande solidificando
(exp. 3,3% vol.): permette la produzione leghe insensibili al ritiro (con T
fusione tra i 20 e 300°C);
- Possono essere fuse addirittura in acqua calda = facile manipolazione
- VANTAGGI:
- Materiale di basso costo e riutilizzabile
- Assenza di ritiro;
-Semplicità di utilizzo viste le basse temperature di
fusione;
70
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Esempio di stampo in lega leggera
71
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Stampi ottenuti con metal spraying:
- spruzzatura di metallo liquido sul prototipo, previa deposizione di
distaccante, formando un rivestimento superficiale;
- Processing: - Il materiale viene fuso con sistema di spruzzatura ad arco
(alimentazione con 2 bobine di filo me alle cui estremità
viene fatto scoccare l’arco);
- Le particelle fuse vengono accelerate da un getto di aria
compressa;
- Le particelle colpiscono la superficie e solidificano;
Il processo viene ripetuto fino ad ottenere un guscio di qualche mm; si
usano leghe a base di Zn ed Al.
72
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Processo KelTool:
- Tecnica per la produzione di attrezzatura in materiale definitivo con
tolleranze dimensionale, rugosità superficiale e durezza paragonabili ad
uno stampo in acciaio;
- Punto di partenza: matrice e punzone realizzati tramite SLA; la bontà di
questa prima fase condiziona tutte le successive;
- Processing: - Produzione di una replica siliconica temporanea;
- Riempimento della cavità con miscela di polveri Me + legante;
- Estrazione della matrice Me dallo stampo;
- Sinterizzazione ed infiltrazione di Rame per aumentare la
densità;
- Esecuzione di eventuali trattamenti termici;
73
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
KelTool: stampi e prodotto finale
74
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
75