I prototipi in sinterizzazione sono molto performanti dal punto di vista meccanico e di resistenza al calore. Generalmente si sceglie questa tecnologia per verifiche di montaggio e test meccanici. La finitura è porosa ma si può lavorare la superficie per raggiungere diversi gradi di finitura.
Sinterizzazione: definizione
La stampa 3D tramite sinterizzazione è in grado di produrre prototipi partendo da polveri di plastica, generalmente PA. Il processo avviene secondo logiche simili a quelle della stereolitografia: il calore del laser della macchina solidifica strato su strato la polvere plastica, utilizzando solo la porzione di materiale interessata dalla geometria dei pezzi inseriti a CAD. Durante il processo di sinterizzazione il software non ha bisogno di costruire supporti poiché la stessa polvere presente nella camera garantisce il sostegno ai modelli in produzione. Terminato il processo è necessario attendere il completo raffreddamento del blocco di polveri che si è generato, eliminare manualmente gli eccessi di materiale depositati sui componenti ed i prototipi sono pronti all’uso.
Quanti tipi di sinterizzazioni esistono
I due metodi più utilizzati e consolidati per la stampa 3D di prototipi partendo da polvere di plastica sono
- Sinterizzazione Laser Selettiva (SLS)
- Multi-jet Fusion (MJF)
Le tecnologie di sinterizzazione di polvere sono più adatte alla produzione di molte parti per stampa soprattutto per la capacità autoportante del letto di polvere e per la possibilità di nidificare e impilare le parti in verticale tra loro. La mancanza di strutture di supporto velocizza il processo di post-produzione, a beneficio dei costi di produzione e delle tempistiche di consegna.
In quali settori viene utilizzata
La sinterizzazione di polveri di plastica è utilizzata in tutti i settori industriali, per una varietà di scopi ed impieghi dalla prototipazione rapida alla produzione in serie.
Nei mercati automotive, delle attrezzature sportive, dei dispositivi medicali e dell’elettronica in generale è una utile risorsa di prototipazione rapida per la buona resistenza meccanica dei particolari. Sono adatti a stress test, test funzionali e di assemblaggio in fase pre-produzione.
In altri settori industriali come macchine vending, veicoli con allestimenti speciali e custom, componentistica interna di attrezzature di automazione o dispositivi similari la sinterizzazione di polveri di plastica può rappresentare una buona soluzione anche per la produzione di serie per la capacità di nesting e velocità del laser nella camera di stampa.
Perchè sceglierla: i vantaggi
I materiali utilizzabili nella sinterizzazione di polveri di plastica sono generalmente derivati dal PA ed è possibile caricarli con fibra di vetro, con polvere di alluminio o fibre di carbonio per aumentarne le prestazioni termiche o meccaniche a seconda della scelta.
Questo li rende particolarmente adatti per :
- test meccanici
- prove di assemblaggio
- test in galleria del vento
- utilizzo diretto sul mercato
Il maggior vantaggio della sinterizzazione di polvere di plastica è di poter verificare il funzionamento dell’oggetto, le risposte alle sollecitazioni reali e l’assieme delle parti restando in una fase “open” di progetto e quindi ampiamente modificabile senza grosse ripercussioni monetarie è senza dubbio una risorsa ad alto valore aggiunto sia per le piccole che per le grandi imprese.
Data la natura del materiale i prototipi stampati tramite sinterizzazione di polvere plastica sono poco indicati per scopi estetici ma si rivelano adatti a sostituire componenti meccanici, fino a qualche anno fa realizzati con tecnologie sottrattive tradizionali, su linee di produzione e banchi prova regalandoti un notevole risparmio in tempi e costi. La versatilità di questi materiali ha fatto sì che un numero crescente di aziende dedite allo sviluppo di macchine speciali o alla realizzazione di linee di produzione si siano avvicinate negli ultimi anni a questa tecnologia, tanto da far diventare prassi consolidate le produzioni per volumi medio-bassi di prodotto.
Applicazioni pratiche
Gradi di finitura
La finitura superficiale dei prototipi in sinterizzazione è porosa ma intervenendo molto sul post produzione si possono raggiungere 3 gradi di finitura:
- Standard (rimozione materiale in eccesso)
- Primer (oltre la finitura standard viene dato un fondo di preparazione alla verniciatura)
- Verniciatura (è possibile scegliere tra le tabelle RAL o altri tipi di codifica)
Perchè sceglierci
I prototipi stampati con sinterizzazione di polvere di plastica sono oggetti estremamente funzionali e rappresentano uno step fondamentale nel processo di validazione di un nuovo prodotto.
In Coesum grazie alla competenza sulla progettazione di manufatti plastici e alla compresenza di varie tecnologie di stampa 3D e del reparto di lavorazioni meccaniche CNC, è possibile intervenire sui prototipi per ottenere un plus sul prototipo. Possiamo curare anche il pre-assemblaggio con componenti estetiche stampate tramite stereolitografia o tramite il vacuum casting oppure rilavorare il prototipo (previa conferma di fattibilità) con i centri di lavoro CNC per migliorare la precisione e l’interasse dei fori, la planarità delle superfici e fare filettature metriche.
Se hai bisogno di un prototipo funzionale per il tuo progetto, contattaci per discutere le tue esigenze e scoprire come possiamo supportarti con soluzioni su misura.
Da cosa dipendono tempi e costi di produzione?
Dipendono da materiale, quantità, dimensioni, volume occupato nella camera e tempi di raffreddamento. Incidono inoltre pulizia, controlli dimensionali, lavorazioni CNC, inserti, verniciatura e altri trattamenti richiesti.
Quali finiture superficiali possono essere applicate?
La superficie grezza è leggermente porosa e può essere sabbiata, levigata, preparata con primer o verniciata. Per requisiti di tenuta, pulibilità o aspetto estetico occorre valutare e definire uno specifico ciclo di post-processo.
È possibile ottenere fori precisi, filettature o sedi per inserti?
Sì. Fori e superfici funzionali possono essere ripresi mediante lavorazioni CNC, mentre le filettature possono essere lavorate direttamente o realizzate con inserti metallici. È necessario prevedere materiale sufficiente per la ripresa.
Quali sono le dimensioni massime realizzabili?
È possibile realizzare componenti monolitici fino a circa 350 × 300 × 250 mm. La fattibilità deve comunque essere verificata in base alla tecnologia scelta, alla geometria e alla stabilità dimensionale richiesta.
Quale precisione dimensionale si può ottenere?
La tecnologia ha una precisione indicativa di ±0,20 mm. Il risultato effettivo dipende da dimensioni, geometria, orientamento, materiale e posizione della quota, quindi le tolleranze funzionali devono essere indicate nel disegno.
Quando conviene scegliere la sinterizzazione SLS o la tecnologia MJF?
Sono indicate per componenti funzionali in poliammide, geometrie complesse, prove di montaggio e sollecitazioni meccaniche. Rispetto alle resine fotopolimeriche offrono generalmente maggiore robustezza, ma una finitura superficiale meno liscia.
Qual è la differenza tra SLS e Multi Jet Fusion?
La SLS consolida selettivamente la polvere mediante laser, mentre la MJF utilizza agenti depositati sul letto di polvere e successivamente attivati dal calore. La scelta dipende da geometria, materiale, quantità, finitura e prestazioni richieste.
Quali informazioni servono per richiedere una valutazione?
Occorrono file 3D, quantità, destinazione d’uso, materiale richiesto e disegno con le quote critiche. Devono inoltre essere indicate condizioni di carico, temperatura, contatto con fluidi ed eventuali finiture o lavorazioni successive.
Quali prove possono essere eseguite sui componenti sinterizzati?
I componenti sono adatti a verifiche di montaggio, test funzionali, prove meccaniche e valutazioni termiche compatibili con il materiale scelto. Possono essere impiegati anche su dime, attrezzature e banchi prova.
I componenti sinterizzati hanno le stesse prestazioni dei pezzi stampati a iniezione?
Non necessariamente. Materiale, orientamento e processo influenzano proprietà meccaniche, finitura e precisione. Quando il prototipo deve anticipare un prodotto stampato, i risultati devono essere confermati anche sul materiale e sul processo definitivi.
Quali materiali possono essere utilizzati?
Sono disponibili principalmente poliammidi, come PA12, e materiali caricati con vetro o alluminio. La scelta dipende da rigidità, resistenza meccanica, temperatura, peso, stabilità dimensionale e condizioni di utilizzo.
È possibile produrre componenti destinati all’utilizzo finale?
Sì, quando prestazioni, finitura, tolleranze e requisiti applicativi sono compatibili con il processo. SLS e MJF possono essere convenienti per ricambi, attrezzature e lotti medio-bassi senza investimento in stampi.
È necessario prevedere strutture di supporto?
No. Durante la costruzione i componenti sono sostenuti dalla polvere non solidificata. Questo permette di produrre geometrie articolate e di disporre più pezzi all’interno del volume di lavoro, riducendo le operazioni di rimozione dei supporti.
È possibile realizzare canali interni e parti cave?
Sì, purché siano previsti accessi sufficienti per rimuovere completamente la polvere residua. Canali chiusi, cavità profonde o passaggi molto piccoli devono essere analizzati prima della produzione.
Quali spessori minimi possono essere realizzati?
Non esiste uno spessore minimo valido per qualsiasi componente. Dimensioni, estensione della parete, geometria, orientamento e funzione influenzano la fattibilità; per questo le zone sottili devono essere verificate sul modello 3D.