Skip to main content

Produrre parti in metallo con stampanti 3D FDM

By Ottobre 7, 2021Ottobre 13th, 2021BASF, guida ai materiali, stampa 3D

Adesso è possibile ottenere parti metalliche a un costo molto ridotto rispetto ai tradizionali metodi di stampa 3D in metallo industriale come sinterizzazione laser diretta di metalli (DMLS) e fusione laser selettiva (SLM). Impara come farlo con veri filamenti di metallo e con l'utilizzo di stampanti 3D FDM desktop

Il filamento per stampanti 3D ha fatto molta strada dalle fragili plastiche di un decennio fa, poiché professionisti e hobbisti esplorano allo stesso modo nuove applicazioni della stampa 3D. I filamenti di plastica di oggi sono più forti, più robusti e più flessibili che mai, ma un obiettivo è sfuggito agli utenti della tecnologia di stampa FDM (fused deposition modeling) : le parti metalliche solide.

Cioè, fino a quando non è arrivato il filamento di metallo.

In questo articolo, scopriremoi due "veri" filamenti metallici per parti metalliche di BASF - Ultrafuse® 316L e Ultrafuse® 17-4 PH -e quali sono le possibili applicazioni. Esamineremo le caratteristiche e le capacità uniche di questi filamenti, quindi mostreremo come stamparli e quali sono i passaggi che permettono di ottenere la parte finita in metallo e, infine, esploreremo i loro punti di forza e di debolezza.

Cos'è il filamento in metallo?

Quando si parla di filamento in metallo per stampanti 3D FDM si intende un materiale costituito da una base in plastica con particelle metalliche uniformemente infuse al suo interno. Il filamento caricato di metallo è un filamento composito che può produrre parti metalliche forti, resistenti agli agenti chimici.

Se hai familiarità con il filamento di plastica caricato in fibra di carbonio o caricato di vetro, sarà facile immaginare un filamento di plastica infuso di metallo, ma c'è una differenza significativa. Con il filamento caricato di metallo, la plastica viene rimossa dalle stampe finali in una fase di post-elaborazione in due passaggi, lasciando solo il metallo.

I filamenti metallici per parti metalliche contengono un'alta percentuale di polvere metallica (circa l'80%) e passare attraverso le fasi di post-lavorazione per rimuovere la componente plastica e condensare la parte metallica.

Quali sono i filamenti in metallo per stampa 3D FDM?

BASF Ultrafuse 316L

Polimero BASF e acciaio inossidabile 316L. Filamento composito in acciaio.

Filamento composito metallo-polimero per la produzione di componenti metallici in acciaio inox di tipo 316L utilizzando sistemi di stampa FFF.

Ultrafuse 316L consente la stampa di oggetti in metallo senza la necessità di uno stampo o di altri processi di formatura ed è stato specificamente progettato per Stampanti 3D FFF.

L’alto contenuto di metallo ( circa 90%) e la distribuzione uniforme del metallo all’interno la matrice legante riduce il rischio di difetti e aumenta il tasso di successo.

A causa dell’immobilizzazione delle particelle metalliche nella matrice legante vengono ridotti drasticamente i potenziali rischi derivanti dalla manipolazione di polveri metalliche fini rispetto alla fusione laser selettiva (SLM), alla sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS), Direct Metal Deposition (DMD) e Binder Jetting.

Ultrafuse 316L ha una superficie antiscivolo che consente la sua applicazione in qualsiasi estrusore Bowden o direct drive. La sua elevata flessibilità gli permette di essere stampato da praticamente tutte le stampanti desktop e professionali in commercio.

scheda tecnica Ultrafuse-316L

BASF Ultrafuse 17-4 PH

Polimero BASF e acciaio inossidabile 17-4. Filamento composito in acciaio.

Ultrafuse® 17-4 PH è un filamento per la produzione di componenti metallici in acciaio inossidabile 14-4 con stampanti 3D FDM (Fused Filament Fabrication). Indicato anche come Tipo 630, questo acciaio inossidabile è completamente trattabile termicamente ad alti livelli di resistenza e durezza. Mantenendo la sua resistenza meccanica e alla corrosione a temperature fino a 315 ° C (600 ° F), le parti a 17-4 PH sono ideali per l’industria petrolchimica, aerospaziale, automobilistica e medica. Le parti stampate con il filamento composito metallo-polimero Ultrafuse® 17-4 PH ottengono le loro proprietà metalliche complete finali attraverso un processo di debinding e sinterizzazione catalitica collaudato a livello industriale sviluppato per l’industria dello stampaggio a iniezione di metalli.

È quindi ideale per il settore petrolchimico, aerospaziale, automobilistico e medico. Le parti stampate con il filamento composito metallo-polimero Ultrafuse® 17-4 PH ottengono le loro proprietà finali attraverso un processo di debinding catalitico e sinterizzazione .

Scheda tecnica Ultrafuse_17-4PH

Come stampare i filamenti in metallo?

Il processo per ottenere un vero e proprio pezzo in metallo stampato in 3D è costituito da 3 fasi:

  1. Stampa 3D del pezzo
  2. Debinding
  3. Sinterizzazione

 

ultrafuse 316L

In 3 passaggi, stampa FFF, debinding e sinterizzazione, si otterrà una reale parte in metallo

Stampa 3D del pezzo – green part

Ogni stampa 3D ben riuscita parte con un buon modello 3D. Indipendentemente dal software di modellazione utilizzato, il risultato deve essere leggibile dal software di preparazione della stampa “slicers” e deve considerare alcuni parametri che permettono l’ottimizzazione della stampa.

Sebbene, in linea di principio, possa essere prodotta quasi geometria immaginabile, per evitare frequenti modifiche e un processo di “trial and error”, vengono di seguito forniti i parametri di stampa consigliati:

Bisogna, inoltre, considerare che le parti da stampare vengano orientate sul piano di stampa per minimizzare la creazione di supporti.

 

Debinding – brown part

Ultrafuse 316L e Ultrafuse 17-4 PH si basano su due post lavorazioni per garantire la rimozione rapida e controllata del materiale legante primario. Una volta che il legante a base di polimeri è stato rimosso, la parte ottenuta si chiama “brown part” ed è pronta per il processo di sinterizzazione che la renderà una parte metallica a tutti gli effetti.

Il debinding è la rimozione dei leganti necessari per consentire il processo di stampa. Il debinding è un processo termochimico in cui le parti stampate sono esposte all’acido nitrico gassoso (HNO3) in atmosfera di azoto e riscaldate. L’obiettivo del debinding è quello di rimuovere il legante nel minor tempo possibile con il minor impatto sulla parte finale.

Il debinding rimuove il materiale legante più velocemente rispetto ai tradizionali processi industriali (1-2 mm/h per ogni superficie esterna.

ultrafuse 316L pezzo in metallo

Brown part stampata con BASF Ultrafuse 316L

Sinterizzazione – white part

Le brown part sono relativamente porose e richiedono una sinterizzazione per essere trasformate in un materiale densificato solido. La sinterizzazione consolida e forma una massa solida di materiale grazie al calore senza sciogliere il materiale, mantenendo così la forma della parte.

La sinterizzazione in atmosfera di idrogeno puro consente la produzione di un componente in acciaio inossidabile completamente denso. A causa della sua transizione da brown part porosa a uno stato “withe part” denso, le dimensioni della parte sono ridotte. Questa riduzione delle dimensioni è in genere indicata come shrinkage e deve essere considerata durante la fase di progettazione.

 

Esempi di applicazioni con Ultrafuse 316L:

  • Attrezzature
  • Dime e maschere
  • Produzioni in serie
  • Parti funzionali e prototipi

Ultrafuse 316L è conveniente perchè:

  • Questo filamento funziona con qualsiasi stampante FFF aperta, il che significa bassi costi di investimento in hardware
  • Fa uso di una tecnologia di post-elaborazione altamente efficiente e consolidata utilizzata nel settore dello stampaggio ad iniezione di metalli (MIM)
  • Trattandosi di un filamento, la movimentazione dei materiali è molto più sicura e molto semplice.
    Ciò consente una facile sostituzione di materiale rispetto alla manipolazione delle polveri sottili di metallo

 

Vantaggi di Ultrafuse 316L:

  • È generalmente da 1.4 a 2 volte più economico della maggior parte delle polveri metalliche, con meno investimento nell’hardware
  • C’è una significativa riduzione dei costi per i componenti medio-piccoli
  • I costi di produzione complessivi diminuiscono significativamente con l’aumentare delle dimensioni del lotto
  • Con la produzione additiva è possibile creare parti in acciaio inossidabile complete con un alto grado di complessità

 

Esempi di applicazioni con Ultrafuse 17-4 PH:

  • Attrezzature
  • Dime e maschere
  • Prototipi funzionali

Vantaggi:

  • Modo semplice e conveniente di stampa 3D di componenti in metallo
  • Elevata resistenza meccanica e durezza
  • Buona resistenza alla corrosione
  • Completamente temprato, consente la massima resistenza

 

Pezzo in metallo stampato in FDM con BASF Ultrafuse 316L

Parti meccaniche in metallo

Pezzi di scacchi in metallo

Leave a Reply