Definire quando filamento

3 febbraio 2023

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Fig. 1 Le tre fasi della lavorazione MEX e MIM (Dall'articolo: 'Additive manufacturing of metal filament: When it can replace metal injection moulding' di A Quarto e C Giardini, pubblicato in Progress in Additive Manufacturing, 21 settembre 2022, 10 pp. )

Negli ultimi anni, ci sono stati numerosi progressi nelle tecnologie di produzione additiva dei metalli, rendendole alternative interessanti sia ai processi di produzione sottrattiva sia ai processi di forma netta o quasi netta come la metallurgia delle polveri e lo stampaggio a iniezione di metalli. Ciò è particolarmente vero per i componenti metallici con livelli di complessità più elevati, che trarrebbero vantaggio dalle possibilità di risparmio di peso e richiederebbero un volume di parti relativamente basso. È noto che MIM è in grado di produrre forme altamente complesse e ai volumi di produzione richiesti utilizzando un'ampia gamma di metalli e leghe per ottenere le prestazioni e i costi desiderati. Tuttavia, il MIM è considerato relativamente costoso in termini di energia e investimenti in attrezzature e strumenti di produzione. In competizione con il MIM ci sono una serie di processi AM in metallo, ma molti di questi, come Laser Beam Powder Bed Fusion (PBF-LB), consumano molta energia con tempi di produzione spesso lunghi e non sono ritenuti adatti per parti di basso valore o per volumi di parti elevati.

Un processo di AM in metallo che attira l'attenzione dei produttori è l'estrusione di materiale (MEX), il termine ISO/ASTM per il processo denominato Metal-ME nel documento esaminato, a causa della sua flessibilità e potenziale per la produzione di forme complesse con costi di investimento inferiori rispetto con MIM. MEX è stato recentemente adattato per l'estrusione di filamenti metallici, ad esempio AISI 316L e 17-4 PH, con materia prima per i filamenti comprendente l'80% in peso di acciaio inossidabile con un contenuto di polimero del 20% in peso, che consente una facile stampa. MEX condivide anche una fase comune della catena di produzione con MIM, vale a dire il deceraggio e la sinterizzazione. Si dice che i due processi abbiano la capacità di produrre geometrie complesse, parti ad alta densità (98,7% per MEX e 99,2% per MIM) e la possibilità di utilizzare diversi metalli e materiali in lega.

Per ottenere maggiori informazioni su quale dei due processi abbia il miglior potenziale commerciale, l'Università di Bergamo, Dalmine, Italia, ha condotto uno studio che mirava a sviluppare un modello di costo per una parte selezionata prodotta da MEX e MIM. Il modello ha previsto la valutazione dell'andamento dei costi di produzione dei processi MEX e MIM, indagando come tali processi possano essere caratterizzati da comportamenti diversi in funzione del volume di produzione e del numero di parti ottenute all'interno di un singolo ciclo produttivo. I risultati di questo studio sono stati inclusi nel documento 'La produzione additiva di filamenti metallici: quando può sostituire lo stampaggio a iniezione di metalli' pubblicato su Progress in Additive Manufacturing. Gli autori dello studio – Mariangela Quarto e Claudio Giardini – hanno affermato che, sebbene MIM e MEX può essere utilizzato con successo per produrre una parte specifica, ma sono gli aspetti economici, come il dispendio di tempo, denaro e risorse (compresa l'energia) relativi all'intera catena di produzione, che devono essere considerati. I risultati del loro studio hanno, quindi, permesso di sviluppare un modello per lo studio del costo unitario parziale, del tasso di produttività e del tempo fittizio (DT). Si dice che il tempo fittizio rappresenti quante ore sono teoricamente necessarie per produrre una singola parte.

La catena di processo per i due processi di produzione è mostrata in Fig. 1 e prevede tre fasi. La prima fase comporta principalmente costi legati al tempo impiegato per la progettazione del prodotto e/o dello stampo (per MIM) e per la definizione del percorso utensile/ugello (per MEX). Questi costi sono considerati nascosti (ad eccezione dello stampo utilizzato nel MIM, che è incluso nei costi dei materiali di consumo). La seconda fase prevede la produzione effettiva della parte fino alla fase della parte verde e la terza fase è omessa nel modello di costo, poiché viene utilizzato lo stesso tipo di materiale e la stessa società esterna esegue il deceraggio e la sinterizzazione e, pertanto, avrà lo stesso costo.