Le tecnologie additive che lavorano con letto di polvere hanno ormai raggiunto un elevato grado di efficacia ed efficienza. In questo articolo verrà fatta una panoramica sulla LPBF, con lo scopo di mettere in evidenza tutte le fasi principali, dall’inizio alla fine.
Il mondo dell’additive manufacturing, per quel che riguarda il metallo, è rappresentato da ormai molte tecnologie, delle quali, però, le più consolidate e prestanti sono:
- la LPBF (Laser Powder Bed Fusion), acronimo che generalizza, secondo normativa, i nomi (SLM, DMLS, DMP) dati dai vari produttori (Figura 1);
- l’EBM, adesso identificato con EPBF (Electron Powder Bed Fusion). Il processo viene schematizzato in Figura 2.
Questa necessità è nata quando un costruttore, la SLM Solution, ha registrato il suo nome utilizzando “SLM”. Tuttavia, è rimasto ancora in uso il termine SLM per localizzare il processo, assieme agli altri sinonimi di cui sopra. L’inizio della LPBF avvenne nel 1995 al Fraunhofer Institute, dall’idea di Fockele e Schwarze, in seguito fondatori della Realizer e della SLM Solution. In contemporanea, nasceva la EOS, i cui fondatori avevano realizzato la prima macchina nominata EOS M250 e il processo prese il nome di DMLS (Direct Metal Laser Sintering). Questo termine localizza ufficialmente tutte le macchine EOS, sebbene ci siano delle differenze abissali tra la vecchia M250 e la “nuova” M270. In sostanza, una delle differenze più importanti è che mentre nella M250 per fondere il metallo si utilizzavano degli agglomerati (da cui il termine sinterizzazione), la sorella di ultima generazione fonde effettivamente il metallo. Successivamente, si è passati ad avere macchine con laser con potenze fino a 400 W, contro le prime che arrivavano al massimo a 200 W e sono aumentati anche i volumi di lavoro: da 250x250x250 mm a 400x400x400 mm. Chiaramente, è necessario tenere in considerazione che, più aumentano le dimensioni più i problemi legati alle tensioni residue diventano marcati. La Realizer ha iniziato costruendo macchine piccole (piattaforme con al massimo 100 mm di diametro) per applicazioni come lo studio dei materiali (il consumo di polvere è basso, viste le piccole dimensioni della camera, e quindi si fanno dei cubetti di prova molto piccoli e sufficienti ad ottimizzare i parametri di processo) e nel settore della gioielleria. Man mano si sta cercando di avere delle macchine compatte mediante l’unione di setacci, forni e altro per innalzare il livello di automazione del sistema. Questo si rende necessario per velocizzare il processo ed evitare quanto più possibile il contatto dell’uomo con le polveri. Nel 2001, invece, è entrata sul mercato la Concept Laser. La tecnologia è uguale per tutti i produttori, ma cambiano alcuni aspetti processuali, come la racla o il rullo utilizzati per stendere la polvere e il flusso di gas inerte all’interno della macchina.
Procedure per la preparazione dei dati
Il CAD deve essere sempre studiato in funzione della tecnologia additiva che si va ad utilizzare per realizzare il pezzo. Ogni macchina ha i suoi limiti, come ad esempio le dimensioni della camera di lavoro: l’altezza di quest’ultima è sempre comprensiva dell’altezza della piattaforma, che varia in base al tipo di materiale utilizzato. Nel caso dell’SLM, dopo un tot di job, la piattaforma deve essere rettificata e man mano lo spessore diminuisce. Vi sono anche dei limiti funzionali sul piano xy: bisogna tenere in conto, infatti, dei fori dei bulloni per il serraggio della macchina.
La trasformazione del CAD in STL è uno dei processi più critici, perché se si sbaglia a farlo non si riesce ad ottenere un pezzo in macchina con le caratteristiche previste e volute. Cosa si intende “sbagliare il file STL”? Se si sceglie un numero di triangoli troppo elevato, il software delle macchine, così come Materialise Magics, potrebbe non essere in grado di gestire un’elevata quantità di triangoli e quindi non riuscirà a processare il componente. D’altro canto, se il numero di triangoli è troppo basso in funzione della geometria, è possibile che si vengano a formare dei piccoli fori. Pertanto, si rischia di avere un componente bucherellato, e non è nemmeno detto che il programma della macchina riesca a riconoscere questi fori. Durante la procedura di salvataggio da CAD a STL, è possibile modificare la deviazione e l’angolo di inclinazione, necessari ad individuare l’errore cordale. Aumentando il numero di triangoli, migliorerà sicuramente l’accuratezza, ma si va a sua volta ad aumentare anche il “peso” del file. È possibile avere un’accuratezza elevata anche con un numero inferiore di triangoli, andando quindi a “rimpicciolire” il file anche di qualche megabit. P
rima di far partire il job, il file STL viene convertito nel file proprietario della macchina. Si noti, a questo punto, che durante il processo ci potrebbe essere della polvere non fusa completamente o parzialmente, che andrà a peggiorare la rugosità superficiale della parte in quella zona. Questo però non dipende dal file STL, ma da altri parametri di processo.
