ATLA

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Maschere in stampa 3D per corindonatura elementi metallici

Cliente: ATLA srl

challenge

Creare maschere su misura per la corindonatura di elementi metallici.

solution

Maschere in stampa 3D con marcatore di usura a strati cromatici, realizzate in PA-12 HP full color.

ATLA stampa 3D

Protocube Reply, in collaborazione con HP, ha sviluppato per ATLA una consulenza per la produzione di un sistema di maschere per la corindonatura di componenti metallici.

L’utilizzo della tecnologia di stampa 3D Multi Jet Fusion full color di HP ha consentito di gestire la grande varietà di forme previste, integrando un sistema rivelatore del grado di usura della maschera sottoposta all’azione abrasiva della sabbiatura.

I processi di corindonatura dei componenti metallici richiedono accorgimenti di mascheratura utili a proteggere le parti più sensibili ed evitare che l’inerte penetri attraverso gli eventuali interstizi. Per migliorare l’efficienza delle fasi di sabbiatura, ripetute moltissime volte su elementi spesso differenti tra loro, ATLA ha affidato a Protocube Reply un incarico di consulenza per ricerca e sviluppo, utile a progettare le maschere per la corindonatura di componenti metallici.

REQUISITI, OBIETTIVI E RISULTATI DELLA CONSULENZA

Tra i principali requisiti tecnologici richiesti dalla consulenza fornita ad ATLA, vi era l’evidenza di una maschera in grado di proteggere componenti metallici spesso differenti tra loro. La valutazione dell’impiego delle tecnologie di stampa 3D è risultato sin da una fase di pre-valutazione il più indicato per sostenere sia la varietà delle forme da generare che la sostenibilità economica legata alla produzione di piccole serie.

Una serie di test e valutazioni mirate ha definito la scelta della tecnologia di stampa 3D HP Jet Fusion 580, con materiale HP PA-12 Full Color.

Dal momento che, per via della sua natura polimerica, la maschera risulta deteriorabile alla sollecitazione del corindone, un obiettivo essenziale è stato il valutare quanti cicli di sabbiatura ogni maschera è in grado di affrontare prima di dover essere sostituita. In fase di design sono stati dunque valutati differenti sistemi di marcatura, da cui è derivata la scelta di un sistema, basato sulla stratigrafia di colori, in grado di rilevare puntualmente il grado di usura su tutta la maschera.

IL PROCESSO DI RICERCA: TEST SU MATERIALI E SISTEMA DI MARCATURA

Dopo un’attenta fase di preselezione, sono stati sottoposti a test 13 differenti materiali, connessi a differenti metodi di produzione. I test di resistenza hanno sottoposto i rispettivi campioni all’azione di una serie di cicli di pre-sabbiatura e sabbiatura. Pur dotati di ottime proprietà meccaniche, la comparativa ha consentito di escludere i sistemi basati sulla fresatura, troppo onerosi a livello di costo unitario, in relazione alle quantità da produrre.

Tra le tecnologie di stampa 3D, la FFF è risultata molto interessante dal punto di vista delle proprietà meccaniche e della sostenibilità economica, ma ha rivelato dei limiti dal punto di vista della gestione delle forme da realizzare, dal momento che necessita puntualmente di supporti di produzione che vanno ad incidere direttamente sulla fase di post produzione. La comparativa ha dunque privilegiato la tecnologia di stampa 3D SLS (sinterizzazione laser), restringendo il parco dei materiali compatibili a due ipotesi: l’alumide (PA-12 caricato alluminio) e il PA-12 HP full color.

Un altro aspetto fondamentale della ricerca è stato valutare un design delle maschere in grado di ottimizzare la resistenza meccanica e la rivelazione del livello di usura, in modo da consentire agli operatori di gestire in totale sicurezza il processo di corindonatura. Tra le varie soluzioni proposte, si è scelto di utilizzare una maschera dotata di specifici pattern geometrici colorati, posizionati negli strati interstiziali. Tali indicatori sono in grado di rivelare sia la condizione di “fine vita” che i livelli intermedi di usura della maschera, per consentire progressivamente di valutare i cicli residui in cui è possibile utilizzarla in sicurezza.

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Report del test di sabbiatura sul prototipo di maschera realizzato in alumide (credit: ATLA)


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Report del test di sabbiatura su un prototipo di maschera realizzato in PA-12 HP full color (credit: ATLA)

LA COLLABORAZIONE CON HP

La scelta di utilizzare la tecnologia di stampa 3D Multi Jet Fusion full color, in grado di generare in unica fase oggetti colorati direttamente durante il processo di produzione, ha comportato un approccio progettuale differente rispetto a quello “tradizionalmente” impiegato per un prodotto realizzato con una tecnologia in stampa 3D monocroma.

Il design delle parti è infatti specifico per il fatto di poter integrare negli spessori interni della maschera degli strati con differenti colori, che equivalgono ai rivelatori di usura, pur mantenendo una finitura superficiale uniforme e liscia, nel complesso di un oggetto monolitico, compatto, che non richiede alcuna fase di assemblaggio.

L’adozione, in questo specifico contesto, di una tecnologia innovativa come la Multi Jet Fusion ha richiesto uno studio approfondito delle design guide per sfruttare in maniera efficace le sue proprietà. Un risultato possibile grazie alla collaborazione diretta con HP, che ha garantito a Protocube Reply il totale supporto degli application engineer italiani e statunitensi.

I campioni HP MJF full color analizzati hanno dimostrato ottime potenzialità nella capacità di lettura dello stato di usura e di resistenza meccanica al corindone, anche se il PA-12 proprietario del produttore statunitense non è stato originariamente progettato per soddisfare questa funzione. Sulla base dei primi, promettenti risultati, la fase di ricerca e sviluppo procede con l’intenzione di ottimizzare le caratteristiche del materiale PA-12 utilizzato, ai fini di produrre maschere sempre più performanti dal punto di vista della resistenza e del warning feedback.

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La stampante 3D HP Jet Fusion 580 utilizzata per produrre le maschere in PA-12 HP full color (credit: HP)

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