Published on 3/11/2019
Categories: Applications

Metal Injection Molding o Binder Jetting, quale utilizzare? #2

Metal Injection Molding o Binder Jetting, quale utilizzare? #2

Come preannunciato nella prima parte dell'articolo discuteremo ora dei vantaggi e degli svantaggi delle tecnologie del Binder Jetting (BJ) e del Metal Injection Moulding (MIM).

Penso che rimarrete sorpresi da alcune delle informazioni che sto per rivelare, vi consiglio di continuare a leggere.

Per analizzare in dettaglio i pro e i contro del binder jetting, si deve considerare che questa tecnologia si ispira a una categoria più ampia di tecnologie di manifattura additiva, definite come Material Jetting.

Un'occhiata al Material Jetting

Fondamentalmente, nelle tecnologie Material Jetting, tutto il materiale della parte viene distribuito da una testina di stampa.
Invece, con il Binder Jetting, un legante o altro additivo è stampato direttamente su un letto di polvere che andrà a costituire la massa delle parti.

Material Jetting

A: materiale di supporto; B: materiale di costruzione; C: parte; D: supporto della parte; E: lama livellatrice

Per ottenere un quadro completo dei vantaggi e degli svantaggi del binder jetting, dobbiamo prima analizzare i pro e i contro del material jetting e vedere come i vantaggi e gli svantaggi del binder jetting rientrano in questo contesto.

I principali vantaggi del material jetting includono

  • basso costo,
  • alta velocità,
  • scalabilità,
  • facilità di costruzione delle parti usando molteplici materiali.

I macchinari per il material jetting sono molto più economici rispetto ad altre macchine per la manifattura additiva, in particolare di quelle che usano i laser.
In generale, questi macchinari possono essere assemblati utilizzando componenti standard, mentre gli altri utilizzano molti più componenti ad-hoc.
Alta velocità e scalabilità sono correlate: utilizzando testine di stampa con centinaia o migliaia di ugelli, è possibile depositare molto materiale rapidamente e su un'area considerevole. Scalabilità in questo contesto significa che la velocità di stampa può essere aumentata aggiungendo un'altra testina di stampa ad una macchina, un compito relativamente facile, molto più facile che aggiungere un altro laser ad un macchinario di tipo Selective Laser Melting o Selective Laser Sintering.

Per completezza, vi mostrerò alcuni svantaggi del Material Jetting, solo per fornire una presentazione più equilibrata.

  • La scelta dei materiali ad oggi è limitata, solo cere e fotopolimeri sono disponibili in commercio.
  • La precisione della parte, soprattutto per i componenti di grandi dimensioni, generalmente non è buona come con altri processi, in particolar modo con la vat photopolymerization e l'estrusione del materiale. Tuttavia, l'accuratezza è migliorata in tutti i settori industriali e ci si aspettano ulteriori passi avanti in tutti i processi.

Vediamo ora in dettaglio il processo di manifattura con il binder jetting.

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Binder Jetting pro e contro

Il processo del binder jetting condivide molti dei vantaggi del material jetting rispetto ad altri processi di manifattura additiva.

Per quanto riguarda il MJ, il binder jetting presenta alcuni vantaggi distintivi.

  • Può essere più veloce poiché solo una piccola parte del volume totale della parte deve essere erogata attraverso le testine di stampa.
    Tuttavia, la necessità di distribuire la polvere aggiunge un ulteriore passaggio, rallentando in qualche modo i processi di legatura.
  • La combinazione di materiali in polvere e additivi dei leganti consente composizioni materiali che non sono possibili, o non facilmente ottenibili, usando metodi diretti.
  • Fanghi con carichi solidi più elevati sono possibili con il BJ, rispetto al MJ, consentendo la produzione di parti in ceramica e metallo di migliore qualità.
  • I processi di binder jetting si prestano facilmente alla stampa a colori sulle parti.

Come regola generale, tuttavia, le parti fabbricate usando i processi di BJ tendono ad avere precisioni e finiture superficiali peggiori rispetto alle parti realizzate con il MJ. I passaggi di infiltrazione sono tipicamente necessari per fabbricare parti dense o per garantire buone proprietà meccaniche.

Binder Jetting

A: serbatoio polvere di metallo; B: racla; C: legante; D: testina di stampa; E: letto in polvere

Come per qualsiasi insieme di processi di produzione, la scelta del processo e del materiale dipende in larga misura dalle esigenze della parte o del dispositivo.
Si tratta di trovare il migliore compromesso tra la capacità del processo e i requisiti di progettazione.

Il binder jetting sostituirà lo stampaggio ad iniezione dei metalli?
Leggete il prossimo capitolo per avere la risposta.

Pro e contro del Metal Injection Moulding

Ora è il turno di Metal Injection Moulding: cosa rende la vostra parte adatta alla creazione tramite MIM?
Per determinarlo, ecco uno sguardo ad alcuni dei vantaggi di questo processo:

  • Complessità progettuale: se siete soddisfatti della libertà di design che avete ottenuto con il plastic injection molding ma volete creare parti in metallo, allora il MIM potrebbe essere la scelta giusta per voi. Questo perché i due processi sono abbastanza simili in termini di complessità del design - le differenze principali sono che si producono parti in plastica piuttosto che in metallo. Con il MIM sono possibili fori trasversali, fori angolari, scanalature, sottosquadri, fori laterali e scanalature. Inoltre, con il MIM è possibile creare parti intere che normalmente dovrebbero essere create separatamente e assemblate in post-produzione.
  • Piccole dimensioni: il MIM utilizza polveri molto sottili per creare parti metalliche completamente dense, quindi il processo è ideale per piccole parti, in genere quelle che pesano tra 0,1 e 250 grammi.
  • Volumi di produzione: il MIM può essere un processo molto conveniente, ma solo se si deve produrre il giusto numero di parti. In generale, i vantaggi in termini economici sono più evidenti e convenienti per produzioni in serie tra 10.000 e 20.000 pezzi. I potenziali risparmi derivanti dall'utilizzo del MIM potrebbero non essere evidenti se si producono meno di 10.000 articoli.
  • Proprietà: come abbiamo già notato, se il processo viene eseguito correttamente, il MIM può creare parti metalliche completamente dense o quasi completamente dense quando il processo è completo. È particolarmente vantaggioso per le parti che sono troppo piccole o troppo dettagliate per essere lavorate da una barra. Per fare un confronto, si stima che la densità delle parti sia del 98% tramite MIM, rispetto al 100% attraverso i processi di lavorazione convenzionali.
  • Economico: a differenza della lavorazione con macchinari, il MIM non taglia il metallo esistente: utilizza solo la quantità di materiale necessaria per creare il prodotto. Niente è sprecato.

Conclusioni

Dopo aver presentato in dettaglio i pro e i contro delle tecnologie Binder Jetting rispetto al Metal Injection Molding, possiamo concludere che il BJ non è destinato a sostituire il MIM in breve tempo.
Oggi il binder jetting è una tecnologia più conveniente quando si tratta di piccole produzioni a livello di prototipo per componenti con geometrie complesse. In questo caso con il MIM si dovrebbero affrontare una progettazione e produzione di stampi differenti che comporterebbero un aumento ingiustificato del prezzo finale del singolo componente.

D'altra parte, lo stampaggio a iniezione di metalli è una tecnologia molto più economica quando si tratta di grandi produzioni di un componente, soprattutto con geometrie complesse e dimensioni ridotte. In questo caso il costo del singolo stampo può essere ammortizzato durante la ripetuta produzione dello stesso componente e quindi risulta essere una tecnologia più produttiva.

Per eliminare ogni dubbio, date un'occhiata alla tabella di confronto finale:

Metal Injection Molding Binder Jetting
Costi Più economico quando si producono molte parti. Più economico quando si producono poche parti.
Precisione Oggi la scelta migliore in termini di complessità del design, in particolare per le parti piccole. La tecnologia sta migliorando ogni giorno e si prevede che migliorerà notevolmente.
Velocità Bassa velocità se consideriamo l'intera catena del processo (progettazione e produzione di stampi). Maggiore velocità se consideriamo l'intera catena del processo.
Densità È particolarmente vantaggioso per le parti che sono troppo piccole o troppo dettagliate per essere lavorate da una barra. I passaggi di infiltrazione sono tipicamente necessari per fabbricare parti dense o per garantire buone proprietà meccaniche.
Produttività I vantaggi in termini economici sono più evidenti e convenienti per produzioni in serie tra 10.000 e 20.000 pezzi. Più conveniente quando si tratta di piccole produzioni a livello di prototipo.

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