Un nuovo concetto di stampa 3D multimateriale

Un nuovo sistema per la stampa 3D che consente di produrre parti utilizzando una combinazione di metalli e ceramiche verrà lanciato sul mercato dal Gruppo Schaeffler all’inizio del 2024

Dal 2019 la Business Unit del Gruppo Schaeffler, denominata Special Machinery, che si occupa della costruzione di macchine speciali, ha presentato la sua gamma di sistemi di produzione chiavi in mano. «Il nostro nuovo concetto di sistema per la stampa 3D multimateriale rappresenta una pietra miliare nell’integrazione dei processi di produzione additiva nelle nostre linee di produzione – ha affermato Bernd Wollenick, Senior Vice President Special Machinery di Schaeffler – Questa soluzione consentirà ai clienti di utilizzare combinazioni di materiali innovative, di integrare nuove funzioni di componenti e strumenti e di fornire un maggior grado di flessibilità nella progettazione di prodotti e strumenti».

Oltre a essere un elemento chiave dell’Industria 4.0, la manifattura additiva, offre anche una serie di vantaggi in termini di sostenibilità, tra cui la riduzione del consumo di materiali, una maggiore efficienza energetica nella produzione e opzioni di materiali più rispettose dell’ambiente. Inoltre, i processi produttivi sono più semplici da realizzare quando si tratta di costruire componenti con geometrie complesse. Il nuovo sistema per la stampa 3D multimateriale, che è stato introdotto sul mercato e sarà disponibile dal 2024, consente di produrre parti utilizzando una combinazione di metalli e ceramiche.  «La Special Machinery di Schaeffler è in grado di fornire una risposta agile e rapida, con soluzioni personalizzate e modulari grazie a una progettazione secondo gli standard del cliente e con tempi di consegna brevi. Tutto proviene da un unico fornitore: dal concept iniziale fino alla produzione in serie», ha sottolineato il manager.

Le competenze principali della Special Machinery, con sede a Erlangen, in Germania, che è basata in 13 sedi in tutto il mondo attualmente in trasferimento alle singole entità locali,  riguardano i sistemi di assemblaggio, i sistemi di collaudo, le macchine utensili e la tecnologia di movimentazione.

Il consolidamento delle competenze

Per ampliare il proprio know-how nell’ambito delle tecnologie della produzione additiva di recente Schaeffler ha acquisito la startup belga Aerosint SA da Desktop Metal, azienda statunitense fondata nel 2016 e specializzata nei sistemi innovativi di stampa 3D.

Questa azienda innovativa sarà rinominata “Schaeffler Aerosint SA” e integrata nel Gruppo tedesco come ulteriore sede di Schaeffler Special Machinery. «Schaeffler Aerosint SA offre la prima soluzione industriale per la stampa simultanea di multimateriali metallici. Questa competenza, unita al nostro elevato livello di industrializzazione e al nostro know-how decennale nelle tecnologie di produzione innovative, ci darà un vantaggio decisivo sul mercato. L’acquisizione è un’importante pietra miliare nell’uso industriale dei processi di produzione additiva basati sul metallo nell’ambito dell’Industria 4.0», ha commentato Andreas Schick, Chief Operating Officer di Schaeffler AG.

Tecnologia di verniciatura a polvere per nuove combinazioni di materiali

La fusione laser a base di polveri (L-PBF) è un modo efficiente e sostenibile per realizzare componenti dedicati ad alcune applicazioni specifiche, quali utensili, prototipi o piccole serie di produzione. La tecnologia brevettata Recoater di Aerosint consente di creare strati omogenei composti da più depositi di materiale adiacenti. La deposizione è selettiva: questo significa che le quantità necessarie dei materiali corretti vengono poste nei punti richiesti. Le polveri di diversi materiali vengono tenute separate da quelle che vengono chiamati “rivestimenti”. Funzionano come i carrelli delle normali stampanti da ufficio, ma realizzano componenti 3D a risoluzioni di pixel di polvere laterale fino a 300 μm. Questa tecnologia Recoater, già presente sul mercato, può essere utilizzata con processi di produzione additiva come la fusione laser a letto di polvere e il binder jetting, oltre che con processi indiretti. «Integrando questa tecnologia nel nostro sistema per la stampa 3D multimateriale, Schaeffler Special Machinery sarà in grado di offrire ai propri clienti un portafoglio di soluzioni più diversificato, in particolare per i settori della produzione e nell’ambito delle tecnologie mediche» ha spiegato Bernd Wollenick, Senior Vice President Schaeffler Special Machinery.

L’esperienza italiana

Schaeffler è presente in Italia con una filiale che è strutturata in due divisioni: quella industrial fornisce più di 160.000 articoli che, anche con soluzioni personalizzate, coprono applicazioni in oltre 60 settori industriali. La Divisione Automotive attraverso i prodotti a marchio INA, FAG e LuK, è focalizzata sulla fornitura di componenti per motori, sistemi di trasmissione e chassis. Nello stabilimento che ha sede a Momo, in provincia di Novara, nei mesi scorsi è stato installato un macchinario innovativo per stampare in 3D i componenti in materiale composito per la gestione produttiva interna.

Abbiamo approfondito le finalità del progetto con gli ingegneri Ivano Marchetto e Nicolò Donetti, rispettivamente direttore dello stabilimento e progettista presso Schaeffler Water Pump Bearing Italia Srl. «Ci siamo avvicinanti all’additive manufacturing circa 5 anni fa per migliorare la gestione dei costi – ha esordito Ivano Marchetto – Abbiamo creato un reparto di stampanti 3D a filo e a polvere che utilizziamo per fabbricare utensili per riparare o realizzare parti di macchinari. Inoltre, abbiamo iniziato a interessarci anche all’additive manufacturing con materiali metallici, come l’acciaio, ma i prezzi sono ancora troppo elevati». Si tratta di tecnologie che sono state costruite su misura, equipaggiate con attrezzature particolari. «Nello specifico disponiamo di due stampanti bifilo nelle quali possiamo usare o una fibra di vetro, o una grafite o un kevlar a seconda delle necessità – ha aggiunto il direttore – E poi disponiamo di una stampante a polvere che consente di costruire una quantità elevata di pezzi contemporaneamente».

Uno dei punti di forza di questi nuovi strumenti è la possibilità di stampare pezzi già pronti per l’assemblaggio o anche già assemblati e che possono essere smontati. «Nel 2018 siamo partiti con un servizio esterno di stampa – ha ripercorso le tappe l’ingegnere Donetti – Ci siamo affidati a un fornitore che realizzava prevalentemente pezzi stampati a polvere, attraverso l’iniezione di resine: quindi utilizzava una tecnologia simile a quella che poi abbiamo internalizzato che però impiega il laser. Grazie a questo supporto abbiamo iniziato a capire quali pezzi erano adatti alla stampa 3D e come potevano essere ripensati per essere migliorati con questa nuova tecnologia. In parallelo abbiamo acquistato una stampante per fare delle prove con l’obiettivo di sfruttare le potenzialità di queste soluzioni e abbiamo potuto constatare che l’impiego della stampante 3D ci consente di essere più reattivi nel rispondere alle richieste dei clienti e anche di ottimizzare i costi, con risparmi che possono raggiungere fino il 90%.

Inoltre, le materie prime inutilizzate non vengono sprecate, ma possono essere impiegare per fabbricare altri pezzi». Questa fase di sperimentazione è servita al team dei tecnici per valutare costi e benefici e per individuare le soluzioni più adatte: «Abbiamo una tecnologia SLS (Selective Laser Sintering), costituita da due gruppi macchina, la stampante e il setacciatore per il post processo. Questa tecnologia è costituita da una camera di stampa con un piano che può abbassarsi man mano che viene deposta la polvere per lo strato successivo. In sostanza c’è un rullo che stende in maniera uniforme uno strato di 0,1 millimetri di polvere che viene fusa e incisa con la geometria desiderata del pezzo e diverse tipologie di filettatura. Poi allo strato successivo il piano si abbassa, viene steso un nuovo letto di polvere e man mano si procede la stampa. La caratteristica principale di questa tecnologia è che stampiamo in nylon, materiale che si presta a varie applicazioni, e non abbiamo alcun limite dal punto di vista della geometria. Riusciamo a ottenere dei pezzi flessibili o rigidi – ha precisato Donetti – L’altra tecnologia è l’FDM (Fused Deposition Modeling) che ha la caratteristica di avere un doppio filamento, uno è in nylon con caricato fibra corta di carbonio. In più c’è la possibilità di inglobare all’interno della matrice un filamento continuo che può essere in carbonio, fibra di vetro o kevlar: a seconda delle caratteristiche che si vogliono dare al pezzo si possono ottenere prestazioni migliori e una resistenza alla torsione e flessione simili all’alluminio». L’introduzione delle stampanti 3D nello stabilimento di Momo ha dunque consentito di risolvere velocemente la sostituzione di parti o pezzi, in caso di rottura su un macchinario. «Recentemente abbiamo aggiunto alcune linee nuove – ha concluso Ivano Marchetto. Alcuni problemi emersi nella fase di settaggio, li abbiamo risolti realizzando degli utensili e parti macchina con la stampante 3D che ci consente di utilizzare anche materiali compositi con prestazioni meccaniche elevate e costi contenuti».