La scelta di progettare una penna è venuta da una discussione “informale” tra colleghi. L’idea era di creare qualcosa di uso quotidiano, ma che, allo stesso tempo, dimostrasse la maggior parte dei vantaggi del processo di Additive Manufacturing.
Fornitore mondiale di tecnologie per la stampa 3D industriale di metalli e polimeri, grazie alla propria tecnologia DLMS®, EOS assicura significativi vantaggi nella progettazione e realizzazione di oggetti diversi.
di Vincenzo Abbatiello (*)
Al giorno d’oggi, se si considerano tutti i vantaggi offerti dalla tecnologia di stampa 3D in metallo DMLS®, progettare un nuovo prodotto è diventato davvero semplice. Nel caso descritto, l’Autore, Application Engineer per Design e simulazione di EOS, mostra come lui e il suo team abbiano progettato una penna sfruttando tutti i vantaggi e la libertà offerti dalla tecnologia di Additive Manufacturing (AM).
IL PROCESSO DI PROGETTAZIONE
A volte, la sfida principale è il punto di partenza. In questo caso particolare, la scelta di progettare una penna è venuta da una discussione “informale” tra colleghi. L’idea era quella di creare qualcosa di comune, di uso quotidiano, ma che, allo stesso tempo, potesse dimostrare la maggior parte dei vantaggi del processo di AM – come produrre qualcosa con un fantastico design – spingendo ancora più avanti i confini di questa straordinaria tecnologia.
EOS Titanium Ti64 è stato il miglior candidato per l’applicazione: il titanio, infatti, offre prestazioni elevate quasi ai livelli dell’acciaio inossidabile in termini di rigidità, pur essendo leggero quasi quanto l’alluminio.
UN TOCCO DI ESPERIENZA
Quando si pensa ai modi più efficienti per progettare questa penna, la tecnologia AM è utile in quanto offre la massima libertà di design. La possibilità di creare e produrre praticamente ogni forma – indipendentemente da quanto complessa – senza i vincoli della produzione convenzionale è, di fatto, il sogno di ogni progettista. Il design bionico è un perfetto esempio per illustrare questo concetto.
Il design bionico permette a progettisti e ingegneri di realizzare strutture e oggetti ispirati agli organismi naturali nel loro ambiente: le forme sinuose e organizzate sono il risultato di un processo ben progettato, in cui la natura utilizza la quantità di materiale solo dove è necessario. Il design bionico è ampiamente utilizzato nel processo di progettazione additiva e può, ad esempio, essere combinato con tecniche di ottimizzazione topologica. L’obiettivo è sempre quello di creare il componente perfetto, soddisfacendo tutti i requisiti strutturali, utilizzando, allo stesso tempo, la minima quantità di materiale.
Tuttavia, questo esempio è puramente un processo di progettazione: non è stata implementata alcuna tecnica di ottimizzazione strutturale.
L’alta definizione del processo EOS Ti64 Performance consente una perfetta corrispondenza tra le superfici e la solida connessione delle parti; non solo, permette l’implementazione di logo e altri tipi di personalizzazione.
PENSARE FUORI DAGLI SCHEMI
La penna è composta da tre pezzi differenti: il cappuccio e due parti diverse che, una volta assemblate, formano l’alloggiamento per la ricarica di inchiostro.
Il design delle tre parti è influenzato dalla direzione di stampa: considerando la forma di una penna, l’opzione migliore è quella di stampare verticalmente. Perché? Il motivo principale è quello di posizionare il maggior numero possibile di parti sulla piattaforma di stampa, riducendo così i costi di produzione e generando la migliore qualità delle superfici possibile (nessun effetto gradino ad esempio). Le tre parti sono progettate per essere completamente auto-supportate, quindi non c’è bisogno di una struttura di supporto per completare il processo di stampa.
La sfida principale che il team EOS ha dovuto affrontare era implementare un “meccanismo”, un’integrazione funzionale per i componenti, al fine di consentire l’inserimento e, in futuro, la sostituzione della cartuccia di ricarica dell’inchiostro.
La sfida principale che il team EOS ha dovuto affrontare era implementare un “meccanismo”, un’integrazione funzionale per i componenti, al fine di consentire l’inserimento e, in futuro, la sostituzione della cartuccia di ricarica dell’inchiostro.
La soluzione: una corona con simmetria assiale su entrambi i lati. I vantaggi: facilità di assemblaggio e smontaggio del corpo della penna. Questo consente di sostituire una cartuccia di inchiostro vuota e, al tempo stesso, di assicurare una sufficiente rigidità strutturale della penna stessa, evitando ampie deformazioni e difficoltà durante l’utilizzo.
Al fine di trovare la forma perfetta per i prop-support, la giusta distanza di offset e i parametri di stampa adatti, il team ha eseguito un DoE, Design of Experiment, utilizzando EOSPRINT.
QUALCHE CONOSCENZA IN PIÙ
EOS Titanium Ti64 è il miglior candidato per questo tipo di applicazione. Il titanio infatti offre prestazioni elevate quasi ai livelli dell’acciaio inossidabile in termini di rigidità, pur essendo leggero quasi quanto l’alluminio.
Dopo cinque cicli di progettazione, io e i miei colleghi abbiamo ideato il sistema di bloccaggio finale. L’alta definizione del processo EOS Ti64 Performance (30 µm) consente una perfetta corrispondenza tra le superfici e la solida connessione delle parti. Inoltre, l’alta definizione del processo permette l’implementazione di logo e altri tipi di personalizzazione (ad esempio: il nome del proprietario, il nome di un evento speciale o qualsiasi altra cosa).
Il passaggio successivo è stata la simulazione del processo. Grazie a software come Amphyon© di Additive Works, è stato possibile avere un’anteprima del processo di stampa.
Una volta completato il progetto, il passaggio successivo è la preparazione dei dati per il processo di stampa. Il processo DMLS® richiede una quantità minima di strutture di supporto per assicurare la parte alla piattaforma di produzione. Le strutture di supporto sono spesso viste come componenti odi et amo, in quanto sono necessarie per iniziare e completare con successo il processo di stampa, ma, allo stesso tempo, comportano l’utilizzo di più materiale e un aumento del tempo di stampa e post-produzione. Inoltre, le superfici a cui sono connesse ne risentono in termini di qualità finale. Tuttavia, è importante mantenere le parti saldamente connesse alla piattaforma di produzione; ciò consente la dissipazione di tutto il calore generato durante le diverse fasi di esposizione.
Per questo motivo, al team è venuta l’idea di sviluppare un tipo speciale di supporti specificatamente per queste parti, denominati “prop-support”.
Viene creato un sottile guscio di materiale a una distanza minima dalla parte, che la mantiene saldamente connessa alla piattaforma di produzione. Un sottilissimo strato di polvere separa i prop-support dalle parti, garantendo un’elevata qualità delle superfici.
Naturalmente, al fine di trovare la forma perfetta per i prop-support, la giusta distanza di offset e i parametri di stampa adatti, il team ha eseguito un DoE, Design of Experiment, utilizzando EOSPRINT.
Il passaggio successivo è la simulazione del processo. Grazie a software come Amphyon© di Additive Works, è possibile avere un’anteprima del processo di stampa. Questo consente di evitare potenziali problemi o distorsioni e garantire una elevata qualità finale.
Un altro importante passaggio del processo è stato la post?produzione, perché ha migliorato la qualità della superficie. La decisione finale è stata quella di sottoporre le parti a un processo di sabbiatura e poi di lucidatura, utilizzando una macchina di vibrofinitura.
STAMPARE TUTTI GLI INGREDIENTI
Come accennato in precedenza, un altro importante passaggio di questo processo è la post?produzione, perché migliora la qualità della superficie. In questo caso, la decisione finale è stata quella di sottoporre le parti a un processo di sabbiatura e, quindi, di lucidatura, utilizzando una macchina di vibrofinitura.
Alla fine, come avviene con la preparazione di una torta, è possibile ottenere risultati sorprendenti utilizzando gli ingredienti giusti, seguendo la procedura e aggiungendo un tocco di creatività! ©TECNeLaB
Alla fine, come avviene con la preparazione di una torta, è possibile ottenere risultati sorprendenti utilizzando gli ingredienti giusti, seguendo la procedura e aggiungendo un tocco di creatività!
(*) Vincenzo Abbatiello, Application Engineer per Design e simulazione di EOS.
