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Sinterizzazione laser selettiva

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Oltre ai nostri suggerimenti di progettazione mensili, pubblicheremo regolarmente un nuovo video - ognuno di essi vi darà una visione più approfondita di come progettare parti migliori. Tratteremo argomenti specifici come la scelta del giusto materiale di stampa 3D, l'ottimizzazione del vostro progetto per la lavorazione CNC, le finiture superficiali per i componenti stampati e molto altro ancora.

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Insight: Sinterizzazione laser selettiva - componenti completamente funzionali con SLS

26.06.2020

Transcript

Salve e benvenuti alla masterclass di questa settimana.

Vi parlerò di una delle tecnologie più utili per la prototipazione rapida e la produzione di componenti in plastica in volumi ridotti.

Si tratta di un tipo di stampa 3D chiamata sinterizzazione laser selettiva, o SLS.

Il processo di sinterizzazione applica calore e/o pressione a pezzi di metallo, ceramica e polimeri fusi in una massa solida.

Non si tratta di nulla di nuovo, dato che da tempi immemorabili la natura fonde i materiali sedimentari in ardesia e quarzite. Ma mentre la natura può impiegare tutto il tempo che vuole, anche milioni di anni, credo proprio che i vostri prototipi o pezzi debbano rispettare tempistiche un po’ più ristrette, vero?

La buona notizia è che con la SLS, i vostri prototipi o pezzi possono essere pronti in meno di 7 giorni lavorativi.

A differenza della natura, per realizzare il pezzo la SLS si avvale di un fascio laser CO2 controllato da computer per “disegnare” fette di un modello CAD in un letto di materiale in polvere fondendo particelle delle dimensioni di micron, uno strato alla volta.

L’aspetto più interessante di questo processo è che non sono richieste strutture di supporto e si realizzano pezzi completamente funzionali. Questa è l’unica tecnologia di stampa 3D in grado di creare cerniere integrali e assemblaggi a incastro durevoli.

Per cui rappresenta una scelta eccellente per la prototipazione di prodotti che possono essere realizzati mediante lo stampaggio a iniezione o persino come alternativa a tale processo sotto forma di produzione in volumi ridotti.

Non è tuttavia una soluzione “globale” ed è soggetta a vincoli. Innanzitutto, i pezzi lavorati con la SLS possono essere realizzati in PA (nylon) ma, si sa, il nylon è un polimero piuttosto versatile e adatto ad una ampia gamma di applicazioni.

Il materiale in PA (nylon) che sceglierete dipenderà dall’uso cui è destinato il pezzo.

Esaminiamo un esempio. PA 850 Black, é un PA 11 non rinforzato, è un termoplastico robusto, e rappresenta una scelta eccellente per i pezzi che richiedono una cerniera integrale, per esempio il coperchio di un contenitore per pillole. Offre una delle soglie di allungamento a rottura più elevate dell’intera famiglia dei nylon.

Avrete probabilmente indovinato che il suo colore è nero; con esso si ottiene una finitura di superficie levigata e una buona resa dei dettagli, e vanta un’eccellente resistenza alle sostanze chimiche e un basso grado di assorbimento dell'acqua. Questo lo rende ideale per la realizzazione di prodotti come diverse linee di carburante, cateteri, scarpe da tennis e connettori elettrici.

Ovviamente sono anche disponibili molti altri materiali in PA (nylon), ma non voglio annoiarvi elencandone le proprietà specifiche per cui, se parlate con il vostro fornitore, sono sicura che saprà consigliarvi nella scelta del materiale più idoneo ad una specifica applicazione. Ma la progettazione efficace di un pezzo va ben oltre la scelta del giusto materiale.

Per ottenere un componente di buona qualità dobbiamo anche controllare l’arricciatura durante la lavorazione e la deformazione che si può verificare a lavorazione avvenuta.Poiché gran parte di questo controllo viene eseguito dal fornitore, sarebbe meglio vi faceste chiarire il metodo che utilizzerà. Un modo potrebbe essere quello di inclinare leggermente i pezzi nella camera di processo, ma ciò potrebbe creare una superficie irregolare e un po’ ruvida, di cui parleremo tra poco.

Molte delle regole del design che seguiamo per lo stampaggio a iniezione si applicano anche alla sinterizzazione laser selettiva. Questo la rende una scelta ideale per i prototipi che alla fine saranno stampati.

Quindi, a cosa dovete pensare quando vi accingete a progettare al computer, trovandovi di fronte allo schermo con il vostro file CAD? Ad aspetti quali l’utilizzo di borchie per fori e perni di supporto e ad evitare sezioni trasversali spesse, per esempio.

Ecco il mio elenco degli altri punti da tenere a mente: Aggiungete raggi di curvatura nei punti d'incontro delle pareti, per ridurre le sollecitazioni. Cercate di progettare pareti dallo spessore uniforme.

Per ridurre l’arricciatura e la deformazione durante la lavorazione, consigliamo uno spessore compreso tra 1,5 e 3,8 mm.

E parlando di deformazione, prendete in considerazione l’inserimento di nervature di supporto, particolarmente per le superfici piatte di grandi dimensioni.

Se dovete ottenere prototipi di un componente che conterrà pezzi sovrastampati o inserti filettati, non disperatevi, perché con i pezzi realizzati mediante SLS si può ottenere un risultato simile utilizzando inserti ribaditi a caldo in un processo secondario.

Prima avevo accennato al fatto che le superfici potrebbero risultare un po’ più irregolari con la SLS rispetto ad altre tecnologie di produzione additiva. Ricordate?

In realtà, non vi dovreste preoccupare troppo per questo. I risultati saranno soddisfacenti per la maggior parte dei prototipi funzionali e il vostro fornitore dovrebbe essere in grado di sottoporre a perlatura la maggior parte dei pezzi per creare una finitura liscia e opaca.

Cos’altro dire? Poiché le dimensioni minime dei dettagli con la SLS sono di 1 mm, il testo molto fine potrebbe essere difficile da ottenere. Ciò significa che i caratteri molto piccoli tendono a rimanere intrisi di polvere, rendendo lettere e numeri di difficile lettura. L’adozione di testo inserito produce risultati migliori ma le dimensioni dei dettagli non devono essere inferiori a 0,5 mm.

Infine, la SLS è leggermente meno precisa di altri processi di sinterizzazione laser, come quella diretta dei metalli. Ma l’aspetto positivo di questo processo è che utilizza un telaio di processo da 700mm x 380mm x 580mm, rendendo pressoché minuscolo quello corrispondente in metallo.

Quindi, la sinterizzazione laser selettiva ha un suo proprio posto tra le tecnologie e per giusto il prodotto o prototipo potrebbe proprio fare al caso vostro. È sempre una buona idea trovare un fornitore che offra una gamma di tecnologie di stampa 3D diverse e di altro tipo per consentirvi di individuare quella che meglio risponde alle vostre esigenze.

È tutto per questa settimana. Alla prossima!

 

Con un ringraziamento speciale a Natalie Constable.

 

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