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Produzione 3D di parti metalliche portata al livello successivo

I miglioramenti nel modo in cui le parti metalliche vengono prodotte potrebbero portare a componenti più leggeri e flessibili, nell’ambito di prodotti che spaziano dalle auto agli arti artificiali.

Tecnologie industriali

L’ispirazione per il progetto DREAM, finanziato dall’UE, è arrivata durante una conferenza sulle «fabbriche del futuro», organizzata nel 2014 dalla presidenza italiana dell’Unione a Bologna. La conferenza ha identificato lo sviluppo della fusione del letto di polvere come una priorità industriale. La fusione del letto di polvere è un metodo di produzione d’avanguardia che utilizza stampanti tridimensionali (3D) per aggiungere materiale, strato per strato. Viene applicata una fonte di calore, generalmente un laser, per fondere e consolidare materiale sotto forma di polvere, consentendo la realizzazione di forme 3D complesse. La tecnica è ampiamente usata nell’industria automobilistica per produrre componenti di automobili e in campo medico per realizzare protesi personalizzate. «Una sfida cruciale affrontata durante la conferenza è stata la miscelazione accidentale di polveri metalliche», spiega Elena Bassoli, coordinatrice del progetto DREAM e professoressa di ingegneria presso l’Università di Modena e Reggio Emilia. «Abbiamo avvertito la necessità di identificare e quantificare questo aspetto, al fine di aumentare l’affidabilità della tecnologia. Trovare nuovi modi per migliorare il processo del letto di polvere potrebbe aiutare i produttori a realizzare componenti più leggeri, con un’estensione della resistenza alla fatica».

Migliorare i processi industriali

Il progetto DREAM è stato avviato nell’ottobre del 2016, ponendo l’accento sulle tecniche di fusione del letto di polvere per i componenti in titanio, alluminio e acciaio, nei settori dello stampaggio automobilistico, industriale e delle protesi. Era necessario misurare i miglioramenti in termini di riduzione del peso, incremento della velocità di produzione, riduzione dei costi di produzione e migliori prestazioni per fatica. Un elemento essenziale per raggiungere questi obiettivi è stata l’introduzione del software di controllo per la macchina di fusione del letto di polvere, sviluppato specificamente per gestire gli effetti di riscaldamento del laser su instabilità e fatica dei materiali. «Per raggiungere un livello di produttività rilevante sotto il profilo industriale, abbiamo prestato particolare attenzione alle materie prime utilizzate, per evitare la contaminazione delle polveri», afferma la Bassoli. «Ogni singolo processo per ciascun materiale è stato poi convalidato e standardizzato».

Produzione più veloce e leggera

Il progetto, che si è concluso nel dicembre 2019, ha raggiunto alcuni risultati straordinari, che vanno dalla produzione di componenti più leggeri agli incrementi di produttività. «Siamo riusciti a ottenere una riduzione dei costi di produzione e a tagliare i tempi di realizzazione», afferma la Bassoli. «Inoltre, abbiamo cercato di migliorare la qualità delle polveri metalliche allo stato grezzo con lo sviluppo di nuove procedure per identificare e quantificare la contaminazione incrociata». Inoltre, è stato sviluppato e sperimentato con successo un dispositivo per rimuovere gli agenti inquinanti dalle polveri metalliche allo stato grezzo. Le innovazioni introdotte dal progetto DREAM sono state infine testate su tre casi di prova degli utenti finali: i componenti in alluminio dei motori costruiti dal produttore automobilistico italiano Ferrari; i componenti in titanio delle protesi realizzate da Adler Ortho; gli stampi in acciaio realizzati dall’azienda italiana Mold & Mold. «È stata ottenuta una riduzione di peso del 17 % attraverso la riprogettazione di un componente automobilistico», afferma Elena Bassoli. «Il caso di prova scelto ha soddisfatto tutti i requisiti strutturali richiesti dall’utente finale, quali rigidità, robustezza e resistenza alla fatica». Il componente della protesi, uno stelo femorale utilizzato nelle sostituzioni dell’anca, è stato realizzato con il 13 % in meno di materiale, divenendo più leggero e flessibile. Infine, il produttore dello stampo ha potuto ottenere una maggiore efficienza di raffreddamento, con una significativa ottimizzazione dei costi durante la fabbricazione dei suoi prodotti. «Uno dei principali punti di forza di questo progetto è stata la creazione di un consorzio formato da tutti gli operatori della catena del valore, dal produttore delle materie prime e dei macchinari fino all’utente finale», afferma la Bassoli. «La cooperazione tra i partner è stata talmente positiva da consentirci di pensare a proseguire questo lavoro, oltre che a costruire relazioni per altre attività».

Parole chiave

DREAM, 3D, laser, automobilistico, protesi, industriale, stampaggio, alluminio, titanio, acciaio

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