Una Rivoluzione nella Stampa 3D in Metallo Utilizzando Nuove Tecnologie

La Stampa 3D in Metallo è conosciuta come Sinterizzazione Laser Diretta di Metallo e la Fusione Laser Diretta di Metallo è un’innovazione aggiuntiva. Una stampante 3D in metallo ha una barra laser che ammorbidisce strati di polvere metallica da 20 a 60 micron l’uno sull’altro. Questa polvere metallica viene distribuita su tutta la forma e poi si fonde selettivamente con gli strati sottostanti. Questo processo a strati additivi consente di creare parti metalliche da un letto di polvere metallica. Questa procedura è simile ad altre stampanti 3D basate su polimeri che utilizzano la fusione a letto di polvere.

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La Stampa 3D in Metallo occupa una posizione eccezionale nello sviluppo dei prodotti ai giorni nostri. Consente l’assemblaggio immediato di parti complesse per l’uso finale e facilita la lavorazione per le tecnologie di assemblaggio tradizionali, riducendo anche costi e tempi di consegna. Questa tecnologia è nota anche come Sinterizzazione Laser Diretta di Metallo (DMLS) e Fusione Laser Selettiva (SLM).

Una Rivoluzione nella Stampa 3D in Metallo

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I ricercatori dell’Università Tecnica di Graz hanno creato un nuovo tipo di stampante 3D che utilizza LED invece di sorgenti laser per la produzione additiva di parti metalliche. Questa tecnologia innovativa può ottimizzare la stampa 3D in metallo per l’utilizzo della polvere metallica, il tempo di produzione, i costi dei dispositivi e il lavoro di post-elaborazione. Il team ha anche richiesto un brevetto per la loro Tecnologia di Stampa 3D in Metallo.

La stampante 3D utilizza tecnologie come la Fusione Laser Selettiva o la Fusione a Fascio di Elettroni. Il processo utilizza una polvere metallica che viene fusa e poi sviluppata per formare un componente. Il nuovo metodo è chiamato Fusione Selettiva Basata su LED (SLEDM) e risolve due problemi principali con i processi di produzione a letto di polvere.

Questi problemi principali includono la creazione laboriosa di segmenti metallici di grande volume e la laboriosa regolazione manuale. SLEDM utilizza un fascio LED avanzato che presenta LED appositamente adattati da esperti di illuminazione e prepara il sistema ottico pesante che consente di concentrare il diametro del fascio LED.

Il sistema ottico consente di modificare il fascio LED tra 0,05 e 20 mm durante il processo di fusione. Il centro LED regolabile consente di fondere volumi maggiori per unità di tempo senza dover eseguire lavori di griglia all’interno delle strutture. L’assenza di strutture di griglia interne riduce il tempo di produzione di componenti e la produzione di celle a combustibile o tecnologia medica di un fattore 20.

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Il processo implica anche che, a differenza di altri sistemi di fusione metallica, il segmento viene assemblato dall’alto verso il basso, lasciando il segmento scoperto e riducendo al minimo la polvere necessaria. La post-elaborazione fondamentale può essere completata durante il processo di stampa. Attualmente, impianti metallici bioassorbibili vengono creati utilizzando la stampante, ad esempio, puoi trattare le ossa utilizzando le viti realizzate in leghe di magnesio. Questi impianti si dissolvono nel corpo dopo che la frattura si ricompone, eliminando la necessità di un secondo intervento chirurgico per rimuovere le viti.

Grazie a SLEDM, la produzione di tali impianti sarebbe possibile per un uso diretto in sala operatoria, poiché “una luce LED è naturalmente meno pericolosa per l’operazione rispetto a una potente sorgente laser,” afferma Haas.

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Questa tecnologia è combinata con un impianto di produzione recentemente progettato che – a differenza di altri impianti di fusione metallica – aggiunge il segmento dall’alto verso il basso. Il segmento è quindi scoperto, la quantità necessaria di polvere è ridotta al minimo e la post-elaborazione necessaria può essere completata durante il processo di stampa. “La lavorazione manuale laboriosa, di solito necessaria con i metodi attuali, ad esempio, levigare superfici ruvide e rimuovere strutture di supporto, non è più necessaria e risparmia ulteriore tempo prezioso,” afferma Haas.

La fusione selettiva basata su LED (SLEDM) – cioè la fusione mirata della polvere metallica utilizzando sorgenti di luce LED ad alta potenza – è il nome della nuova tecnologia che un gruppo guidato da Franz Haas, capo dell’Istituto di Ingegneria di Produzione presso la TU Graz, ha sviluppato per la stampa 3D in metallo e ha ora richiesto un brevetto. La tecnologia è simile alla fusione laser selettiva (SLM) e alla fusione a fascio di elettroni (EBM), in cui la polvere metallica viene fusa utilizzando un laser o un fascio di elettroni e incorporata in un segmento strato per strato. Tuttavia, SLEDM affronta due problemi principali di questi processi di produzione a letto di polvere: la creazione laboriosa di segmenti metallici di grande volume e la laboriosa post-elaborazione manuale.

Ulteriori Piani e Campi di Applicazione

Un dimostratore del processo SLEDM è attualmente in fase di considerazione nel K-Project CAMed dell’Università Medica di Graz, dove è stato aperto il primo laboratorio di ricerca per la stampa 3D clinica nell’ottobre 2019.

Il focus successivo è sulla mobilità sostenibile, in particolare sulla produzione di parti, come piastre bipolari per celle a combustibile o segmenti per sistemi di batterie. “Vogliamo rendere la produzione additiva utilizzando SLEDM economicamente sostenibile per l’e-mobility e posizionare SLEDM in questo campo di ricerca in una fase precoce,” afferma Haas, che svilupperà un prototipo attraente di questa stampante 3D in metallo — “realizzato dalla TU Graz” — nel prossimo passo di sviluppo: ulteriore avanzamento nell’ambiente universitario.

Il processo SLEDM è stato sviluppato nel FoE “Mobilità e Produzione,” che è uno dei cinque focus di ricerca scientifica dell’Università Tecnica di Graz.

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