Nell'era del 3D è cambiato il modo di trattare le superfici

Articolo pubblicato su L'Industria Meccanica n. 713

Sebbene si tratti di una tecnologia che si sviluppa da più di trent'anni, solamente negli ultimi dieci l'additive manufacturing ha conosciuto una rapida ascesa legata sia al perfezionamento delle macchine presenti sul mercato, sia allo sviluppo di nuovi e più performanti materiali, ma, soprattutto, per la crescente necessità di diversi settori industriali, quali l'industria degli stampi, l'aerospace, l'automotive, il medicale, di poter disporre di pezzi unici, customizzati per il cliente, più leggeri e con geometrie complesse non ottenibili con le convenzionali tecnologie di produzione.

A fronte di questi vantaggi vi sono, naturalmente, anche alcuni problemi e, tra questi, c'è quello di ottenere superfici levigate che abbiano un aspetto e una rugosità adatte alle particolari applicazioni negli ambiti sopra citati, in quanto, i componenti prodotti con l'additive manufacturing presentano superfici non omogenee e con rugosità di partenza maggiori rispetto alle altre tecniche.

Infatti, trattandosi di una tecnologia additiva, ciascuna faccia del pezzo presenta una superficie, e quindi una rugosità, differente rispetto all'altra in base alla direzione in cui avviene la "stampata". Questo comporta variazioni di morfologia superficiale e di conseguenza la rugosità risulta molto elevata, fino anche a due tre volte, rispetto a quella ottenuta con le tecnologie tradizionali.

Rösler ha aggiornato i suoi impianti di granigliatura, pallinatura e finitura in massa, adattandoli alla finitura di pezzi realizzati in additive manufacturing. Questi ultimi spesso presentano geometrie complesse e quindi superfici difficilmente lavorabili.

Un caso emblematico è quello dei canali di raffreddamento o di trasporto del materiale di alcuni stampi a iniezione.

L'additive manufacturing consente di realizzare questi condotti con le forme più differenti e funzionali al loro scopo, ma, aumentando la complessità della geometria, aumenta proporzionalmente la difficoltà nel trattare queste superfici.

«L'avvento dell'additive manufacturing» dice Riccardo Leoni, esperto di finitura in massa di Rösler «ci ha posto di fronte alla necessità di sviluppare delle macchine appositamente dedicate, non cambiando il principio di funzionamento della tecnologia, che sostanzialmente rimane invariato, ma intervenendo sui nostri impianti standard migliorandoli in alcuni particolari, congiuntamente allo sviluppo di nuovi materiali abrasivi».

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Processi abbinati per alte prestazioni

Granigliatura e finitura in massa, in sequenza, vengono spesso abbinate per poter ottenere il massimo risultato. Ciò avviene, per esempio, nel racing: la pallinatura aumenta la resistenza a fatica del pezzo, e quindi a parità di peso e materiale consente la trasmissione di potenze maggiori, mentre la finitura in massa, migliorando la qualità delle superfici, abbassa gli attriti delle parti in contatto, come nel caso degli ingranaggi delle scatole cambio e, quindi, le temperature e gli stress a cui sono sottoposti i componenti.

L'abbinamento delle due tecnologie ha portato Rösler a ottenere risultati molto interessanti anche in ambito medicale, dove, l'aumento considerevole della resistenza a fatica del pezzo, una volta impiantato nel paziente, si traduce in aumento del numero di anni della durata del componente stesso.

Queste due tecnologie assieme possono essere utilizzate anche per il trattamento di parti relative all'ambito automotive, dove l'additive manufacturing ha introdotto la possibilità di ridurre ulteriormente il peso dei singoli componenti, fattore essenziale per l'aumento delle prestazioni.

Nel caso di scarichi di motori, a seconda dell'applicazione, la richiesta può essere di diminuire la rugosità per evitare turbolenze, oppure di aumentarla per incrementare le turbolenze utili in fase di raffreddamento.

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La ricerca della flessibilità

La finitura in massa si abbina tradizionalmente alle alte produzioni; tutto il contrario di quanto avviene nell'additive manufacturing, dove si ha a che fare con serie molto limitate; basti pensare al settore medicale, in cui vengono ricostruite parti ossee differenti da individuo a individuo.

«I nuovi impianti devono essere molto più flessibili rispetto al passato per poter accogliere non più migliaia di pezzi tutti uguali, bensì pochi componenti uno diverso dall'altro», spiega Angelo Falzetti, che si occupa in particolar modo della finitura di pezzi in additive manufacturing all'interno di Rösler (e che in azienda è arrivato in primavera tramite Poliefun dopo una tesi proprio sul 3d printing al Politecnico di Milano NdR).

Fini tura e industria 4.0: Aerospace in prima linea

I clienti oggi richiedono una sempre maggiore attenzione ai dettagli tecnologici e alla tracciabilità del componente secondo i concetti di industria 4.0. I nuovi impianti di finitura devono, pertanto, tenere sotto controllo sia i parametri di lavorazione, sia l'intero processo produttivo. «La classica granigliatrice che lavorava i pezzi alla rinfusa» dice Luca Spinelli esperto di granigliatura e pallinatura in Rösler «è stata sostituita da impianti dotati di sensori e sistemi in grado di monitorare, registrare e anche correggere in tempo reale i parametri del processo e la presenza di un Pc che registra automaticamente il lotto in lavorazione, il numero di componenti lavorati, il numero di ore lavorate ecc. è divenuto un elemento imprescindibile». Il mondo dell'aerospace è quello che da sempre pone maggior attenzione a questi dettagli sia su impianti di granigliatura e pallinatura ma anche sulle più semplici macchine di finitura in massa.

Industria 4.0 non è solo tecnologia ma anche lavorazioni ecosostenibili. Nel settore della finitura la ricerca punta all'impiego di nuovi materiali abrasivi, anche riciclati, che siano in linea con le direttive inerenti il rispetto ambientale.

«Rösler punta molto su questo aspetto » prosegue Leoni «così come al trattamento delle acque di processo, soprattutto nelle applicazioni di finitura in massa, attraverso l'uso di centrifughe che depurano l'acqua dalle particelle in sospensione, così da poterla riutilizzare nuovamente in macchina».