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Development of a Machine for Multi-Material Manufacturing

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Portare la produzione additiva nell’era spaziale

Ricercatori finanziati dall’UE hanno sviluppato un nuovo processo di produzione additiva a strati – basata sull’applicazione di polvere metallica – che può creare parti per missioni spaziali, strumenti di produzione e stampi industriali.

Tecnologie industriali
Spazio

La produzione additiva a strati è un processo industriale efficiente in termini di risorse e tempo che applica il materiale, strato a strato, per creare parti 3D. Settori che spaziano da quello aerospaziale a quello dei fabbricanti di stampi hanno identificato questa come una tecnica con un grande potenziale per ridurre la quantità di materie prime sin dall’inizio. Ciò che il progetto 4M ha fatto è stato aggiungere una grande flessibilità a questo processo. “Il principale obiettivo del progetto 4M era quello di sviluppare gli elementi di un processo di produzione additiva a strati unico basato sulla polvere metallica,” spiega il dott. Erich Neubauer, coordinatore del progetto, dalla RHP Technology in Austria. “Questa polvere metallica, fatta di particelle con dimensioni di poche decine di micrometri, viene iniettata in una torcia al plasma che è adoperata come una saldatrice manuale.” I risultati sono attualmente in fase di analisi a livello di fattibilità da parte dell’Agenzia Spaziale Europea, e il team del progetto spera anche che il processo possa essere utilizzato nella fabbricazione di parti delle turbine per la generazione di energia idroelettrica. Slicing digitale La torcia al plasma è stato il concetto iniziale per quanto riguarda il settore degli strumenti fisici, ma il team del progetto ha sviluppato anche un sistema software che prende il file elettronico di, per esempio, una tazza, crea un’immagine 3D e applica un algoritmo per lo slicing. Ogni strato della tazza, tagliato digitalmente in fette dal software, viene quindi fornito attraverso il sistema 4M agli strumenti hardware – ovvero la torcia – che crea una tazza 3-D reale usando la torcia al plasma per fondere la polvere metallica. Soluzioni leggere e flessibili Uno degli elementi che rendono innovativo il sistema appena sviluppato è che esso funziona contemporaneamente con vari materiali differenti. La torcia al plasma può essere alimentata attraverso vari ugelli con materiali differenti in sequenza o nello stesso momento. Avendo sviluppato un prototipo della torcia al plasma e del sistema di produzione additiva, il team ha esaminato vari sistemi di materiali differenti. “Questo concetto ci permette di fabbricare delle forme multimateriali,” afferma Neubauer. “Se prendiamo nuovamente l’esempio della nostra tazza, potremmo realizzare la sezione inferiore in un materiale, e quella superiore in un altro.” Questo consente ai fabbricanti di inserire funzionalità, un fatto che è importante per applicazioni come quelle spaziali. “Qui potremmo ad esempio aggiungere un componente leggero, e in seguito aggiungere qualcos’altro per incrementare la durezza.” Sicuramente, lo spazio è stato un fattore chiave per questa tecnologia. I componenti usati nello spazio generalmente devono essere leggeri e non molto grandi, e questo significa che il concetto di produzione additiva risulta molto interessante in termini di contenimento dei costi e riduzione del tempo di consegna. Il fatto di iniziare con un grande blocco di metallo, ad esempio, significa che la quantità di materiale che a volte deve essere rimosso mediante lavorazione per produrre la parte di cui si ha bisogno può raggiungere il 90 %. Il concetto di produzione additiva portato avanti dal progetto 4M, al contrario, utilizza solo la quantità di polvere metallica necessaria per creare l’oggetto richiesto e solo una quantità residua di materiale deve essere alla fine eliminata mediante una successiva lavorazione. Neubauer ritiene che la strada da percorrere sia ora quella di concentrarsi su un ulteriore miglioramento. “La nostra idea originale era quella di sviluppare sistemi da poter poi commercializzare, ma non penso che siamo ancora a questo livello,” afferma. “Questo richiederebbe molti più investimenti. Quello che vogliamo fare invece è fondare un centro di produzione che ricrea il nostro assetto organizzativo nel progetto. Questo fornirà prodotti e parti su ordinazione.” L’azienda è attualmente coinvolta in negoziazioni per la creazione di questa struttura.

Parole chiave

4M, manifattura, industriale, materiale, 3D, aerospaziale, stampo, fabbricanti, polvere metallica, RHP, torcia al plasma, Agenzia Spaziale Europea, idroelettrico

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