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La manifattura additiva è una tecnologia di produzione che sta guadagnando
sempre più terreno tra i metallurgisti. Il processo coinvolge tutte le tecniche
utilizzate per creare oggetti metallici 3D da un design digitale.
La produzione di oggetti tridimensionali solidi tramite la tecnologia AM è
diversa dalla produzione sottrattiva tradizionale, che utilizza un blocco di materiale
solido da cui vengono rimossi i pezzi in eccesso per produrre le forme desiderate.
La produzione additiva in metallo, al contrario, aggiunge materiale, passo dopo
passo fino a ottenere l'oggetto richiesto.
Alcune delle ragioni per approcciare queste nuove tecnologie sono:
- I costi delle stampanti 3D sono in calo, grazie ai notevoli passi avanti
ottenuti dalla tecnologia.
- Non esistono più i limiti geometrici imposti dalla manifattura sottrattiva.
- È possibile creare molteplici versioni dello stesso prodotto, senza
che vari il costo di produzione.
- Si ottiene una drastica riduzione degli scarti di lavorazione.
Il notevole incremento nel mondo del metal additive manufacturing
dell’utilizzo di metodi quali il Metal Injection Moulding (MIM),
il Binder Jetting (BJ) e il Fused Deposition Modeling (FDM), ha
spinto TAV VACUUM FURNACES a progettare e installare un forno a vuoto per
deceraggio termico nel proprio laboratorio di Ricerca e Sviluppo, al fine
di sperimentare le migliori soluzioni per questa delicata fase di post-produzione.
Se desideri saperne di più sui pro e contro del Metal Injection Moulding
e del Binder Jetting, ti invito a leggere gli articoli:
Metal Injection Molding o Binder Jetting, quale utilizzare? [1/2]
Metal Injection Molding o Binder Jetting, quale utilizzare? [2/2]
Veniamo ora all’argomento centrale di questo articolo, ovvero cos’è
la deceratura e quali sono i migliori metodi per ottenerla.
Cos’è il deceraggio termico nella manifattura additiva dei metalli?
La manifattura additiva non può prescindere dal processo di
deceraggio termico post stampa.
La stampa dei campioni viene realizzata grazie all’estrusione di una miscela
di polvere metallica e polimero fino ad ottenere la forma e le dimensioni desiderate.
I polimeri, chiamati anche binder, sono costituiti da una miscela di composti
organici di tipologia e quantità differenti, con diversi punti di fusione.
Il deceraggio termico ha lo scopo di separare i polimeri dalla polvere
metallica ottenendo così un campione da sinterizzare.
In poche parole, il trattamento di debinding consiste nell’evaporazione
completa del legante per privare il campione metallico di ogni composto organico,
lasciandolo intatto per la successiva
sinterizzazione in vuoto.
Ti invito a leggere l’articolo fino alla fine, poiché ti illustrerò
la maniera corretta di rimuovere i leganti senza rischiare di contaminare i campioni
o addirittura la camera termica.
Come si ottiene il deceraggio dopo la stampa 3D del metallo
L’impianto da deceratura del laboratorio R&S di TAV VACUUM FURNACES è
in grado di asportare il polimero e condensarlo in specifiche trappole evitando
contaminazioni della camera termica e dei campioni nelle successive fasi
di lavorazione.
Il forno da debinding del laboratorio è quindi dotato di differenti
peculiarità tecniche in grado di soddisfare i requisiti richiesti dal mondo
additive manufacturing.
Il sistema di riscaldamento
Il sistema di riscaldamento, che gioca un ruolo fondamentale nel processo di
deceraggio, è basato sui seguenti componenti:
- Resistenze corazzate: costituiscono il sistema di riscaldamento,
interponendosi nel coibente tra il forno e la storta, o anche chiamata camera
termica.
- Termocoppie di controllo: regolano il processo e vengono
poste sia nel forno che nella camera termica tali al fine di raggiungere la
temperatura impostata con un alto grado di precisione.
Le temperature di lavoro nella fase di deceraggio sono comprese nell’intervallo
tra i 70 °C e i 450 °C, corrispondenti alle temperature di fusione dei diversi
composti organici.
Il gas
Un ruolo essenziale nella deceratura è costituito dalla presenza di gas
inerte.
I gas agiscono come vettore (carrier) dei componenti degradanti evitando
fenomeni di ossidazione e riduzione sulla superficie metallica del campione.
Il forno è predisposto per il deceraggio di diversi materiali con gas
differenti:
- Per gli acciai inossidabili, ferro e
Inconel viene utilizzato l’azoto.
- Per le leghe in titanio (come il Ti-6Al-4V) è possibile
l’utilizzo di argon.
Durante il ciclo termico è fondamentale assicurarsi una distribuzione
omogenea del gas carrier nella camera termica in modo da garantire la rimozione
omogenea dei polimeri dal campione.
In particolar modo, TAV VACUUM FURNACES ha installato una girante di convezione
in grado di uniformare il flusso di gas all’interno del suo forno in vuoto.
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Come evitare le contaminazioni durante la deceratura
Nella fase di degradazione dei polimeri, il legante evaporato può condensare
come liquido o come polvere.
Per questa ragione TAV VACUUM FURNACES ha progettato e installato contenitori
in grado di raccogliere i prodotti di degradazione della deceratura.
La raccolta, localizzata in specifici sistemi di stoccaggio, consente una rimozione
specifica dello stearato escludendo la contaminazione della camera termica e dei
campioni stessi.
La soluzione ideale è installare in serie un serbatoio di stoccaggio e
una trappola, il tutto coadiuvato da un efficiente impianto di raffreddamento.
- Il serbatoio di stoccaggio è adibito alla raccolta
dello stearato che condensa sulle pareti fredde in fase liquida. In caso di
eccessivo accumulo di binder post processo nel serbatoio, quest’ultimo
può essere smontato e pulito.
- I prodotti di degrado in forma solida vengono invece concentrati in una
speciale trappola. La trappola è costituita da serpentine
in rame raffreddate ad acqua circondate da paglia metallica. Inoltre, sono presenti
griglie in acciaio con maglie via via più fini dal basso verso l’alto
in grado di filtrare con efficacia crescente la cera decomposta.
- Il sistema di raffreddamento del forno è provvisto
di una girante presente nella zona sottostante dell’impianto. La girante
di raffreddamento ha lo scopo di aspirare aria dall’esterno trasferendola
al forno evitando di entrare in contatto con la camera termica.
Il serbatoio di stoccaggio
La trappola
La girante di raffreddamento
La crescente pervasività della manifattura additiva sia a livello tecnologico
che commerciale, ha portato TAV VACUUM FURNACES ad affrontare e sostenere questa
tecnologia con impianti sempre più specifici per la deceratura e sinterizzazione.
Per maggiori informazioni sugli infiniti vantaggi e possibilità offerti dalla
stampa tridimensionale del metallo,
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