Fusione laser: dalla polvere al pezzo finito

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Distribuite in Italia da Ridix di Grugliasco (TO), le M1 Cusing e M2 Cusing rappresentano lo stato dell’arte della produzione additiva da polveri metalliche.

Un innovativo processo con il quale poter costruire pezzi di qualsiasi forma in diversi tipi di metallo raggiungendo densità prossime al 100% e durezze fino a 54 Hrc. Queste in sintesi le specificità che identificano la nuova frontiera della produzione rapida additiva.

Distribuite in Italia da Ridix di Grugliasco (TO), le M1 Cusing e M2 Cusing rappresentano lo stato dell’arte della produzione additiva da polveri metalliche.
Distribuite in Italia da Ridix di Grugliasco (TO), le M1 Cusing e M2 Cusing rappresentano lo stato dell’arte della produzione additiva da polveri metalliche.

Dal settore dello stampo all’automotive, dal dentale e medicale all’orafo, all’aerospace. Non ci sono limiti applicativi alla produzione rapida, ovvero al rapid manufacturing, che oggi più che mai sembra pervadere ogni comparto dell’industria. Ciò è reso possibile grazie alla diffusione di tecnologie d’avanguardia le quali, passo dopo passo, stanno aprendo nuove opportunità riscuotendo elevato gradimento. Come nel caso della tecnologia additiva LaserCusing, sviluppata dalla tedesca Concept Laser GmbH, parte del noto gruppo tedesco Hofmann Innovation Group, e punto di riferimento nell’applicazione delle tecniche di prototipazione e produzione rapida nel mondo dei metalli. Tecnologia resa disponibile anche in Italia grazie alla torinese Ridix, azienda che dal 1969 opera nell’ambito delle soluzioni di lavorazione meccanica e delle macchine utensili.

Alessandro Zito, responsabile commerciale Settore Macchine di Ridix.
Alessandro Zito, responsabile commerciale Settore Macchine di Ridix.

«Acciai inossidabili, Alluminio – sottolinea Alessandro Zito, responsabile commerciale Settore Macchine di Ridixcome anche leghe di Titanio, acciai per lavorazioni a caldo. Sono questi alcuni dei materiali metallici le cui polveri, strato dopo strato, danno vita a pezzi unici, grazie alle peculiarità di un processo di fusione laser in grado di processare anche leghe al Nickel come anche leghe Cromo-Cobalto».

Stiamo parlando di una tecnologia brevettata che lavorando strato su strato con materiali metallici monocomponente (senza alcun basso fondente) consente di realizzare componenti le cui proprietà meccaniche sono pressoché identiche a quelle del materiale originale.

«Tecnologia che si caratterizza e identifica – precisa Zito – attraverso tre principali step operativi: la carica della polvere nel sistema di coating; l’abbassamento del piano di costruzione e stesura strato di polvere; la fase di fusione vera e propria della sezione del componente in processo».

Tre misure, una tecnologia

A seconda delle necessità sono tre i modelli di macchina sviluppate e disponibili, capaci così di soddisfare le diverse esigenze del mercato e dei settori applicativi.

Più nel dettaglio, la M1 Cusing, è in grado di gestire polveri non reattive entro un volume complessivo di 250 x 250 x 250 mm. Il sistema M2 Cusing, con una volume di lavoro pari a 250 x 250 x 280 mm, permette invece di operare anche con metalli reattivi come leghe di Alluminio e Tita­nio, usando selettivamente il corrispettivo gas inerte idoneo. L’unità è dotata di sistema laser in fibra da 200 W (opzionale disponibile anche da 400 W), di sensori e dispositivi di misura che soddisfano tutte le più recenti prescrizioni di protezione contro le esplosioni e il fuoco (Atex Zona 22 categoria II 2D); motivo per cui trova naturale e ideale impiego nella realizzazione di com­ponenti funzionali.

«Componenti – aggiunge Zito – il cui spessore strato (di valori compresi tra i 20 e 50 μm ndr) aumenta con una velocità di produzione oraria variabile tra i 2 e i 20 cm3, a seconda del materiale e dei parametri utilizzati».

Ancora più grandi sono invece le dimensioni dei pezzi che si possono processare sulla X Line 1000R, sorella maggiore che può vantare un’area di lavoro pari a 630 x 400 x 500 mm. Lo spessore dello strato varia in questo caso da 30 a 200 µm, per una velocità di produzione (sempre a seconda del materiale impiegato) inclusa nel range 10 – 100 cm3/h. È invece da 1 kW la potenza del sistema laser in fibra adottato su questo modello.

La X Line 1000R vanta un’area di lavoro pari a 630 x 400 x 500 mm.
La X Line 1000R vanta un’area di lavoro pari a 630 x 400 x 500 mm.

Strato dopo strato

In ogni caso, qualunque modello si scelga, la particolarità delle macchine LaserCusing risiede nella strategia di esposizione stocastica dei segmenti laser con il “principio a isola”. I segmenti di ogni singolo strato (le cosiddette “isole”) vengono lavorati in successione. Un processo brevettato che assicura laddove trovi applicazione una riduzione significativa delle tensioni nel pezzo, che permette la generazione di componenti massici e di grandi volumi.

«Peculiarità queste – conclude Alessandro Zito – che predispongono un impiego della tecnologia ampio e variegato in vari settori e comparti applicativi. Per esempio, il settore aeronautico costituisce un’importante opportunità per dimostrare le grandi potenzialità della tecnologia “strato su strato”. Infatti è possibile realizzare campioni funzionali e componenti meccanici in leghe leggere come Alluminio, Titanio fino al grado 5, nonché componenti motoristiche in diversi tipi di acciaio, Cromo Cobalto e superleghe».

La tecnologia brevettata sviluppata da Concept Laser permette di costruire pezzi di qualsiasi forma in diversi tipi di metallo, raggiungendo densità prossime al 100% e durezze fino a 54 Hrc.
La tecnologia brevettata sviluppata da Concept Laser permette di costruire pezzi di qualsiasi forma in diversi tipi di metallo, raggiungendo densità prossime al 100% e durezze fino a 54 Hrc.

Altrettanto si può dire per il settore automotive, dove è possibile costruire campioni funzionali direttamente da file Cad 3D. In questo modo risulta conveniente costruire particolari unici per i test di nuovi componenti da avviare in produzione. Per il comparto degli stampi è invece possibile realizzare inserti per iniezione plastica e pressofusione di leghe leggere con canali di raffreddamento/riscaldamento conformati; ciò con tempi ciclo ridotti fino al 40% e un’evidente miglioramento della qualità di produzione. Settore dentale e medicale rappresentano infine i campi di utilizzo più promettenti di questa tecnologia, unitamente al comparto orafo dove Concept laser ha sviluppato una linea di macchine compatte dedicata e denominate MLab Cusing. In questo caso il campo di lavoro varia da un minimo di 50 x 50 x 80 mm ad un massimo di 90 x 90 x 80 mm.

Il controllo continuo della qualità

Per garantire e raggiungere livelli di qualità di prodotto senza compromessi, anche utilizzando la fusione sono necessari molti controlli e monitoraggi di processo. A tale scopo la stessa Concept Laser ha sviluppato alcuni moduli, denominati QM, che svolgono tale attività operando su diversi parametri della macchina come l’efficienza del laser (modulo QM laser), l’atmosfera nella camera di fusione (modulo QM atmosphere), la temperatura (modulo QM temperature), il bacino di fusione (modulo QM meltpool), oltre a garantire il controllo della qualità delle polveri (modulo QM powder). Semplici e immediati, i citati moduli si distinguono anche per l’assoluta facilità nell’impiego del software che processa i dati. A questo proposito è da segnalare il modulo QM documentation, ovvero il modulo di documentazione deputato al controllo del processo di costruzione in corso e che permette la redazione del rapporto per tutti i dati dei moduli di QM in tempo reale.

Dal Mecspe 2014, le riflessioni di Fabrizio Mangione su andamento del mercato e prospettive future.

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