Diapositiva 1

1
Università degli Studi di Trieste Ingegneria dei
Materiali A.A. 2005-2006 Corso di TECNOLOGIA
MECCANICA Prof. N.Scuor
LA PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Analisi delle differenti tecnologie di Rapid
Prototyping
A. Cicutto, M.Cocolin, T. Gussetti, M. Nicotra
2
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Prototipazione rapida (Rapid Prototyping) Cosè? E
una serie di sistemi che partendo da una
definizione matematica specificata su un CAD 3D e
utilizzando processi rapidi, flessibili e
altamente automatizzati riproducono un oggetto a
prescindere dalla sua complessità tramite
tecniche additive

• PUNTI DI FORZA
• TEMPI RIDOTTISSIMI
• PROTOTIPO IN UNAMPIA GAMMA DI MATERIALI
• FORME E GEOMETRIE COMPLESSE

3
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
PERCHE? Da sempre cè bisogno di utilizzare un
piano bidimensionale per comunicare idee prima di
tradurle in pratica MA No certezza su fedeltà
del modello sullo schermo rispetto a
rappresentazione del concreto La prototipazione
rapida ha obiettivo di sfondare questa
barriera Trasformare fuggevoli immagini sullo
schermo in un oggetto solido e concreto
4
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Da idea pioneristica di CHARLES W.HULL (1982)
nasce 3D SYSTEM INC. (Società americana leader
nel settore)
Diffusione di sistemi CAD Continue ricerche
scientifiche

• Favorito sviluppo di tecnologie sempre nuove e
  diverse
• Selective laser sintering
• Fused deposition modeling
• Laminated object manufacturing

5
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Ora il processo viene utilizzato da realtà
industriali di piccola/media dimensione - tempi
di lavorazione minori - tolleranze dimensionali
inferiori - finitura superficiale sempre
migliore - resistenze dei modelli PR a
condizioni climatiche variabili e a
sollecitazioni meccaniche, termiche e chimiche
sempre più forti - macchine di
PR sono di semplice impiego - disponibilità di
vasta gamma di materiali per produzione
6
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Trasformazione del mercato da anni 70 a oggi ha
imposto - crescita del numero di varianti
- progressiva riduzione del ciclo di vita
del prodotto - incremento complessità
prodotto - contenimento tempi di consegna
FATTORE PIU IMPORTANTE
7
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA

• Le tecniche di Rapid Prototyping
• Si parte da
• PROTOTIPO primo elemento di una serie
• Durante lo sviluppo di un prodotto vengono
  realizzate le seguenti tipologie
• di prototipo
• Concettuali
• Funzionali
• Tecniche
• Preserie
• FUNZIONE verifica funzionale, la valutazione dei
  costi, la valutazione
• di tempi di flusso e della risposta del
  mercato

8
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Tecnologia tradizionale Fabbricazione prototipi
affidata a modellisti (operazioni
manuali) Costi elevati Tempi lunghi
VS Incompatibilità con esigenze delle aziende
di ridurre i tempi di immissione sul mercato e di
ridurre i costi Ricorso a Prototipazione
rapida
9
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Rapid prototyping si intende un insieme di
processi che realizzano modelli e componenti per
laddizione di materiale layer by layer a partire
da un modello matematico 3D Le macchine di PR
ricostruiscono loggetto che rappresenta
loggetto matematico di partenza fabbricando
strati successivi di materiali costituiti volta
per volta da liquidi, polveri, fili o
laminati Tecnica nota anche come Layer
Manufacturing
10
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Le fasi del processo di Rapid Prototyping
11
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Prototipo viene disegnato a CAD Utilizzo
modellatore 3D solido o superficiale (particolare
attenzione a chiusura e connessione di tutte le
superfici per evitare gap o sovrapposizioni) Mode
llo CAD viene elaborato in un sistema compatibile
con il software di gestione della macchina
PR. Attualmente si utilizza lSTL (solid to
layer) Prevede la tasselizzazione della
superficie interna ed esterna del pezzo
attraverso elementi triangolari. Lapprossimazione
conterrà un errore che può essere valutato
misurando la distanza tra baricentro del
triangolo e la superficie originaria. E
possibile infittire il numero di triangoli per
avere lapprossimazione richiesta
12
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Per ogni triangolo sono indicate le 3 coordinate
spaziali dei 3 vertici ed i 3 coseni direttori
della normale esterna della superficie. Triangola
rizzazione è procedimento che può essere sempre
effettuato allinterno dellambiente
CAD Ottengo file in formato STL che viene
elaborato dalla macchina per le Successive fasi
di -Orientamento del pezzo -Generazione dei
supporti -Slicing
13
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Esempio di file STL
14
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Prima fase consente di selezionare la direzione
di crescita ottimale del prodotto
(influenza precisione dimensionale
prodotto, finitura superficiale, tempi e
costi di produzione) Seconda fase necessario
per alcune tecniche, per sostenere
eventuali parti a sbalzo Terza fase
Slicing
15
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA

• Slicing
• uniforme dando origine a strati di spessore
  costante
• adattativo spessore viene scelto in funzione
  della curvatura
• superficiale, per limitare al
  massimo laspetto a gradini
• della superficie esterna (ho
  precisione migliore)
• Le sezioni che vengono costruite in successione
  dalla macchina RP hanno spessori che variano da
  0.05 a 0.5 mm a seconda della tecnologia
  utilizzata.
• Dopo queste operazione il modello viene generato
  dalla macchina e il pezzo viene rifinito
  manualmente e se necessario sottoposto a
  post-trattamenti per migliorarne le
  caratteristiche

16
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Un esempio di RP (FDM)
17
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Tecniche di prototipazione rapida
18
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Schematizzazione delle tecniche di RP
19
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
La Stereolitografia (SLA)

• è la prima e la più importante tecnica RP
  diffusa a livello commerciale
• coinvolge 4 diverse tecnologie

• laser
• ottica
• chimica dei fotopolimeri
• software

20
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
La Stereolitografia (SLA)

• Prevede 4 fasi principali
• Preparazione della Work Station (ev.
  predisposizione supporti modello)
• Costruzione

• localizzazione di fascio laser tramite sistema
  ottico (ctrl calcolatore)
• polimerizzazione di resina epoxy LIQUIDA si
  ottengono particelle solide
• movimentazione del piano di focalizzazione
  realizzazione di una sezione
• allontanamento della sezione con elevatore (?h
  pari a spessore sezione)
• copertura della sezione con del polimero tramite
  un sistema di precisione
• rifocalizzazione del laser e nuova
  movimentazione della work station

21
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA

1. Pulizia
2. Post trattamento

• esposizione a lampada UV di Green Part cottura
  del crudo e completamento della polimerizzazione
• eventuale finitura superficiale (eliminazione
  delle porosità con abrasivi o vernici)

Green Part VS Red Part Allo scopo di ridurre i
tempi di produzione, il laser non viene
utilizzato per polimerizzare lintera sezione ma
solo i profili interni ed esterni nonché dei
collegamenti tra di essi. Parte del polimero
rimane allo stato liquido. Si ottiene così la
Green Part o crudo, di consistenza insufficiente
e la cui polimerizzazione viene poi completata
ottenendo la Red Part.
22
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Schema del processo di SLA
23
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Il processo SLA
24
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Esempio di produzione tramite SLA a partire da
file STL o CAD
25
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Esempio di RP SLA
26
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
La Stereolitografia (SLA) Caratteristiche del
fotopolimero

• elevata reattività alla luce laser
• viscosità stabile e controllabile
• limitata volatilità
• limitata tossicità
• basso ritiro
• bassa energia di attivazione
• buone proprietà meccaniche dopo la
  polimerizzazione.

27
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Polyjet

• paragonabile ad una stampa a getto (inchiostro
  fotopolimero)
• descrizione del processing

• acquisizione file STL o CAD
• slicing
• deposizione selettiva (testina multijet)
• esposizione UV
• traslazione della work station

NB terminata la realizzazione delle varie
sezioni del modello, si effettua una eventuale
finitura manuale non è necessario nessun tipo di
post trattamento (cfr SLA), in quanto il polimero
viene fatto reticolare subito dopo la sua
deposizione.
28
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Schema del processo Polyjet
29
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Il processo Polyjet
30
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Esempio di Polyjet (macchina e prodotti)
31
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
MJM (Multi Jet Modeling)

• paragonabile ad una stampa a getto (inchiostro
  polimero termoplastico liquefatto solidifica
  aderendo allo strato precedente)
• descrizione del processing

• posizionamento della testina sulla work station
• deposizione di un primo strato di polimero e
  movimentazione testina sul piano x-y
• movimentazione della work station (asse z) e
  inizio deposizione di una nuova sezione

NB il processo descritto viene ripetuto fino al
completamento del modello, che non necessita di
finiture successive e può essere subito
utilizzato.
32
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Schema del processo MJM
33
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Drop On Demand (DOD)

• è una stampa 3D
• è simile alla MJM come processing e materiali
  impiegati. La differenza principale consiste nel
  numero delle testine della macchina (due, o due
  gruppi in questo caso)
• non necessita di nessuna preparazione della
  workstation ( i supporti per il modello vengono
  generati dalla macchina stessa. Si prevede
  lutilizzo di più materiali e testine
  indipendenti)
• si depone prima il materiale di costruzione e
  poi quello di supporto

34
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Schema del processo DOD
35
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Laser sintering
È un processo che sfrutta la sinterizzazione di
POLVERI, siano esse metalliche, polimeriche o
ceramiche. Prevede a livello del processing
diverse fasi

1. Deposizione della polvere, pressata (tramite
   rullo) su tutta la workstation
2. Sinterizzazione laser della polvere
3. Allontanamento dell elevatore

Terminata la fase di sinterizzazione, la Red Part
viene estratta e pulita dalla polvere non
sinterizzata, che può essere facilmente rimossa
anche da eventuali cavità del modello.
36
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Schema del processo Laser SIntering
37
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Schema 3D del processo Laser SIntering
38
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Il processo SLS
39
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Il processo SLS
40
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Laser sintering caratteristiche di processo

• la camera di lavoro è ad atmosfera inerte e a
  temperatura controllata (T Tf per diminuire
  energia necessaria alla sinterizzazione e
  compensare i ritiri volumetrici)
• laser a CO2, potenza tra 50 e 250 W
• non sono necessari supporti la polvere sostiene
  sé stessa
• si effettua per polveri ceramiche e metalliche
  un post-trattamento per incrementare le proprietà
  meccaniche del modello
• la finitura non viene effettuata per abrasione,
  ma per infiltrazione di cera o con vernici epoxy
  per eliminare le porosità
• è necessario un laser più potente, ma i
  materiali sono ATOSSICI e non solo di natura
  polimerica

41
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Fused Deposition Modelling (FDM)

• - Unico sistema che impiega fili e barrette di
  materiali differenti per costruire il prototipo
• Il cuore del sistema è la testa di estrusione
  che fonde il materiale e lo deposita in strati
  sottili tramite un ugello calibrato. La testa si
  muove nel piano per generare il contorno della
  sezione
• La prima sezione viene realizzata su un supporto
  che si muove verticalmente
• La testa di estrusione dopo aver realizzato i
  perimetri interno ed esterno riempie lo spazio
  compreso (incremento le proprietà meccaniche)

42
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Fused Deposition Modelling (FDM)
- Non sono richiesti post-trattamenti - Il
controllo della temperatura della testa e della
zona di lavoro sono fondamentali - Processo
pulito e la stazione di lavoro può esser
installa vicino a un CAD - Vengono impiegati
materiali a basso punto di fusione (cera, ABS,
lega ABS-metacrilato).
43
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Il processo FDM
44
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Laminazione di fogli di carta (LOM)

• Tecnica idonea a costruire prototipi di grandi
  dimensioni
• Progressivo incollaggio di fogli di carta sui
  quali viene dopo ricavata la sezione del pezzo
  mediante taglio meccanico o laser
• Processing

- incollaggio e taglio delle sezioni fase di
costruzione del prototipo, si ottiene un
parallelepipedo di materiale stratificato dal
quale si deve estrarre il pezzo (materiale in
eccesso viene tolto manualmente con utensili). La
carta in eccesso alla sezione tagliata funge da
supporto
45
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
- finitura ottengo un pezzo con aspetto esterno
e consistenza simile al compensato, però presenta
una forte anisotropia lungo la direzione
perpendicolare a quella di costruzione (pericolo
delaminazione). Un trattamento con tela abrasiva
permette di ottenere buone finiture superficiali,
però è meglio effettuare un ulteriore trattamento
impermeabilizzante con vernice per evitare
deformazioni causate dall umidità.
46
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Schema del processo
47
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Il processo LOM
48
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
3D Printing

• Tecnologia sviluppata presso il M.I.T. di Boston
  per la produzione di gusci ceramici, recentemente
  usata per la produzione di elementi metallici e
  nella modellazione concettuale
• Comprende numerose tecnologie per la
  prototipazione attraverso l utilizzo di polveri
  ceramiche, di cellulosa e metalliche
• Le operazioni necessarie sono simili a quelle
  della sinterizzazione laser e si differenziano
  per il metodo di unione delle polveri (viene
  usato un colante spruzzato con la tecnica della
  stampa a getto dinchiostro)

49
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Caratteristiche del sistema di incollaggio

• la soluzione spruzzata deve contenere unalta
  percentuale di collante e bassa viscosità
• la soluzione deve esser conduttiva per agevolare
  il lavoro della testina di stampa
• il collante deve esser fatto asciugare
  rapidamente prima di applicare un secondo strato
  di polvere.

Vengono effettuati post-trattamenti di tipo
combinato chimico e termico per evitare
disgregazioni e migliorare le caratteristiche
meccaniche (infiltrazioni per garantire
compattezza)
50
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Schema del processo
51
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Selective Laser Melting
La fusione selettiva con laser è una variante
rispetto alla classica sinterizzazione selettiva
con laser, le differenze sono

• Utilizzo una polvere metallica integrale senza
  aggiunte di elementi bassofondenti
• Bisogna fornire una densità di energia molto
  elevata per fondere la polvere (sorgente laser a
  elevata potenza)

Ottengo un elemento massivo ad elevata densità
52
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA

• deposizione, pressatura e livellatura della
  polvere metallica sulla tavola di costruzione
  della macchina
• il laser, focalizzato tramite un sistema di
  specchi nel paino X-Y, fonde in modo selettivo le
  particelle metalliche realizzando la sezione
  desiderata e facendola aderire alla precedente.
  Nella camera viene addotto un gas inerte per
  evitare lossidazione del materiale
• lelevatore viene abbassato di una quantità
  corrispondente allo spessore dello strato e il
  processo riprende fino alla completa
  realizzazione del pezzo.

Processing
53
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Al termine lelevatore viene sollevato per
estrarre il prototipo, la cui superficie può
esser migliorata sia tramite pallinatura che
tramite la classica finitura manuale.
Schema del processo
54
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Electron Beam Melting
L electron beam melting è una variante rispetto
alla classica sinterizzazione selettiva con
laser, le differenze sono

• Utilizzo una polvere metallica integrale senza
  aggiunte di elementi bassofondenti
• Bisogna fornire una densità di energia molto
  elevata per fondere la polvere (sorgente
  Electron Beam)

Ottengo un elemento massivo ad elevata densità
55
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA

• deposizione, pressatura e livellatura della
  polvere metallica sulla tavola di costruzione
  della macchina
• il fascio di elettroni, focalizzato tramite un
  sistema di specchi nel paino X-Y, fonde in modo
  selettivo le particelle metalliche realizzando la
  sezione desiderata e facendola aderire alla
  precedente. Nella camera viene eseguito il vuoto
  per evitare lossidazione del materiale
• lelevatore viene abbassato di una quantità
  corrispondente allo spessore dello strato e il
  processo riprende fino alla completa
  realizzazione del pezzo.

Processing
56
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Al termine lelevatore viene sollevato per
estrarre il prototipo, la cui superficie può
esser migliorata sia tramite pallinatura che
tramite la classica finitura manuale.
Schema del processo
57
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Rapid tooling (RT)
58
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Rapid tooling (RT)

• Insieme di tecniche mirate alla realizzazione in
  brevi tempi di attrezzature per pre-serie
• Lattrezzatura prototipale non viene sottoposta
  alle sollecitazioni meccaniche e termiche dello
  stampo definitivo in acciaio
• Permette risparmi economici fino al 70 nonché
  riduce i tempi di produzione
• Elevata diffusione a livello industriale
• INDISPENSABILE PER ESSERE COMPETITIVI

59
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Rapid tooling (RT) Tecniche

• Le tecniche RT si dividono in
• Tecniche per la produzione di stampi leggeri
• SOFT TOOLING
• (produzione centinaia di unita, tempi brevi)
• Tecniche per la produzione di stampi rigidi
• HARD TOOLING
• (produzione 10.000 pezzi o oltre, tempi più
  lunghi)

60
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Rapid tooling (RT) Tecniche

• Le tecniche RT si suddividono in
• Tecniche di tipo DIRETTO la macchina produce
  direttamente lattrezzatura
• -Tecniche di tipo INDIRETTO si combina il
  prototipo rapido con processi tradizionali per
  ottenere lattrezzatura

61
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Rapid tooling diretto

• Permette la costruzione dellattrezzatura idonea
  alla realizzazione di
• Inserti per stampi per iniezione di cera
  (microfusione)
• Inserti per stampi destinati alliniezione,
  soffiaggio o termoformatura di resine
  termoplastiche
• Stampi per imbutitura di lamiera

62
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Rapid tooling diretto processi utilizzati

• SLA, SLS e FDM possono generare inserti per
  stampi da cera garantendo un numero limitato di
  iniezioni
• SLS di miscele metalliche, Selective Laser
  Melting ed Electron Beam Melting (generazione di
  inserti per iniezione di polimeri - 1000 pezzi -
  o per pressocolata 50/100 elementi)

63
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Rapid tooling indiretto

• Sviluppato contemporaneamente alle macchine RP
• I metodi più diffusi sono

• Stampi in silicone
• Spin Casting
• Stampi in resina rigida
• Stampi in lega bassofondente
• Stampi ottenuti tramite metal spraying
• Processo KelTool

64
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Stampi in silicone

• Stampi flessibili per la realizzazione di un
  numero limitato di particolari in materiale prox
  a quello definitivo da destinare a prime
  verifiche funzionali
• Uso di attrezzature in resina siliconica
  flessibile e autodistaccante, per particolari
  anche molto complessi contenimento dei costi
• Processing

• realizzazione di prototipo dotato di sfiati e
  canali di colata
• posizionamento del prototipo in una cassetta di
  contenimento
• si esegue la colata di resina precedentemente
  degasata
• si effettua un secondo degasaggio
• cottura in forno

65
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Esempio di stampo in silicone
66
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Spin Casting

• Per produzione di stampi flessibili in silicone
  impiegati per colata di leghe a base di Zinco con
  Tf 500C
• Processing Stampo

• asportazione manuale di parte di dischi di
  silicone non vulcanizzato per realizzare
  lalloggiamento del modello
• inserimento del master
• chiusura dello stampo
• vulcanizzazione dello stampo mediante pressa
  riscaldata
• apertura dello stampo e realizzazione dei
  dispositivi di colata (canali, materozze,
  sfiati)

67
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Spin Casting
Lo stampo realizzato viene disposto in una
macchina per colata centrifuga per ottenere
unefficace riempimento completato il
raffreddamento, i particolari vengono
estratti. NB si potrebbero impiegare tutti i
materiali colabili, ma si usano per lo più leghe
di Zn, come nellesempio seguente, o PU
(Poliuretani)
68
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Stampi in resina rigida

• Uso di resine additivate, generalmente Epoxy
• Sistema diffuso per produzione di attrezzature
  su piccola scala
• Realizzazione di stampi di grandi dimensioni,
  con attrezzature e capitali minimi
• Limitata resistenza ad alte temperature
• Scarsa conducibilità termica

Restrizione del campo di applicazione
69
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Esempio di stampo in resina rigida
70
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Stampi in lega bassofondente

• Uso di leghe bassofondenti (max 300C)
• Leghe generalmente a base di Bismuto, che si
  espande solidificando (exp. 3,3 vol.) permette
  la produzione leghe insensibili al ritiro (con T
  fusione tra i 20 e 300C)
• Possono essere fuse addirittura in acqua calda
  facile manipolazione
• VANTAGGI

• Materiale di basso costo e riutilizzabile
• Assenza di ritiro
• Semplicità di utilizzo viste le basse temperature
  di fusione

71
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Esempio di stampo in lega leggera
72
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Stampi ottenuti con metal spraying

• spruzzatura di metallo liquido sul prototipo,
  previa deposizione di distaccante, formando un
  rivestimento superficiale
• Processing
• Il processo viene ripetuto fino ad ottenere un
  guscio di qualche mm si usano leghe a base di Zn
  ed Al.

• - Il materiale viene fuso con sistema di
  spruzzatura ad arco (alimentazione con 2 bobine
  di filo me alle cui estremità viene fatto
  scoccare larco)
• Le particelle fuse vengono accelerate da un
  getto di aria compressa
• Le particelle colpiscono la superficie e
  solidificano

73
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
Processo KelTool

• Tecnica per la produzione di attrezzatura in
  materiale definitivo con tolleranze dimensionale,
  rugosità superficiale e durezza paragonabili ad
  uno stampo in acciaio
• Punto di partenza matrice e punzone realizzati
  tramite SLA la bontà di questa prima fase
  condiziona tutte le successive
• Processing

• Produzione di una replica siliconica temporanea
• Riempimento della cavità con miscela di polveri
  Me legante
• Estrazione della matrice Me dallo stampo
• Sinterizzazione ed infiltrazione di Rame per
  aumentare la densità
• Esecuzione di eventuali trattamenti termici

74
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA
KelTool stampi e prodotto finale
75
Corso di TECNOLOGIA MECCANICA - LA
PROTOTIPAZIONE RAPIDA