10 motivi per cui il DfAM è importante nella stampa 3D

Chi si occupa di produzione additiva sa bene quanto sia importante la progettazione per la creazione di un pezzo: la modellazione è la prima fase di qualsiasi progetto di stampa 3D. Parliamo quindi di Design for Additive Manufacturing, o DfAM, come è più comunemente noto. Per DfAM si intende l’insieme di metodi e strumenti di progettazione in grado di ottimizzare le parti create attraverso la produzione additiva. Il DfAM consente agli utenti di sfruttare i vantaggi della libertà di progettazione offerta dalla stampa 3D, fondamentale per la creazione di parti funzionali e ad alte prestazioni. Ma perché è così importante? Quali vantaggi può apportare alle parti? Esploriamo queste domande nel nostro nuovo formato editoriale in cui elenchiamo 10 motivi per cui il DfAM è importante nella stampa 3D.

#1. Riduzione degli errori di stampa 3D

Gli errori di stampa sono un problema importante nella produzione additiva. Soprattutto quando si tratta di processi industriali, come LPBF o SLS, o di materiali costosi come il PEEK e il PEKK: anche i piccoli errori in questo caso possono rovinare il pezzo e far perdere tempo e denaro. È qui che il valore del DfAM diventa subito evidente. Grazie alla progettazione, è possibile non solo orientare il modello e aggiungere correttamente i supporti (entrambi fattori che contribuiscono notevolmente a garantire proprietà come l’isotropia e l’assenza di deformazioni), ma anche consentire agli utenti di scegliere le impostazioni di infill e layer più adatte al pezzo. Questo, a sua volta, riduce in modo significativo gli errori di stampa.

(Crediti fotografici: Protolabs)

#2. Stampa più veloce

La velocità è un vantaggio fondamentale della produzione additiva, in quanto le tecnologie consentono agli utenti di creare pezzi in una frazione del tempo che si impiegherebbe con i metodi di produzione tradizionali. Tuttavia, la velocità non è scontata. Utilizzando la DfAM, è possibile ottimizzare il progetto utilizzando trucchi come le strutture reticolari per mantenere la resistenza riducendo al minimo la quantità di materiale da utilizzare. Inoltre, consente agli utenti di ridurre al minimo le strutture di supporto che, come si dirà più avanti, riducono anche i tempi di stampa.

#3. Design complessi

Nella stampa 3D, non ci sono difficoltà aggiuntive quando un progetto è più complesso. Il DfAM consente agli utenti di creare geometrie molto più complesse di quelle che si otterrebbero utilizzando regole di progettazione più tradizionali. Grazie all’uso di software, è possibile progettare e stampare pezzi complessi dal punto di vista geometrico, soprattutto per il metallo. È proprio in questa complessità che si vede la libertà che la stampa 3D offre agli utenti.

#4. Prestazioni ottimizzate

Oltre a design complessi, il DfAM consente anche di ottimizzare completamente un pezzo attraverso software di modellazione 3D. Lo abbiamo sentito ripetere più volte: uno dei motivi per cui la stampa 3D è così ambita in settori come quello aerospaziale e automobilistico è che consente di creare un pezzo sostanzialmente più leggero, pur mantenendo la sua resistenza e altre proprietà, ovvero ottenendo un rapporto peso/potenza superiore. Ciò può essere ottenuto attraverso il DfAM, ad esempio integrando strutture reticolari o utilizzando l’ottimizzazione topologica e il Generative Design. Questi sono utili per ottimizzare e generare pezzi con meno materiale, pur rispettando vincoli specifici come la resistenza.

Uno dei modi in cui il DfAM viene essere utilizzato è l’ottimizzazione topologica (crediti fotografici: nTop).

#5. Strutture di supporto minimizzate

Se da un lato i supporti sono assolutamente fondamentali per garantire che una parte non si deformi durante il processo di stampa 3D, dall’altro richiedono anche l’utilizzo di più materiale (che incide sia sui costi che sui tempi di stampa), che a sua volta può rendere più lunga la post-lavorazione e influire sull’aspetto della parte. È qui che il DfAM svolge un ruolo importante. Grazie a un’attenta progettazione dei pezzi, come la riduzione delle sporgenze, il miglioramento dell’orientamento o la scelta corretta delle impostazioni di riempimento, gli utenti possono minimizzare i supporti durante la progettazione dei pezzi.

#6. Riduzione del post-processing

Collegandoci al punto precedente, un’altra ragione significativa per cui il DfAM è importante è che consente agli utenti di ridurre il post-processing in generale. Naturalmente, una delle ragioni principali è l’ottimizzazione delle strutture di supporto, il che significa che si impiegherà meno tempo per rimuoverle, ma non è tutto. Ad esempio, orientando correttamente il pezzo o riducendo l’altezza dello strato, si possono facilitare i successivi step di finitura superficiale già prima dell’inizio della stampa. Se non si tiene conto di questi parametri, spesso il post-processing richiede molto più tempo, da cui il vantaggio di utilizzare correttamente il DfAM.

#7. Consolidamento dei pezzi

Un altro motivo per cui il DfAM è importante è il consolidamento delle parti. Un motivo sempre più diffuso che spinge a utilizzare la produzione additiva, soprattutto in settori come l’aerospaziale e l’automotive, è proprio la capacità di consolidare più parti in una sola. Ne è un esempio l’hypercar Czinger 21C, dove il produttore, Divergent 3D, sostiene di essere riuscito a consolidare migliaia di parti in poche centinaia, riducendo significativamente il peso e aumentando le prestazioni. Questo tipo di consolidamento è possibile solo attraverso la stampa 3D e tecniche di DfAM.

#8. Maggiore scalabilità e produzione in serie

Va detto che questo punto non si applica necessariamente a tutte le tecnologie di stampa 3D, poiché non tutte sono adatte alla produzione in serie o alla scalabilità. Tuttavia, per tecnologie come SLS, DMLS, stampa 3D a resina e binder jetting, il DfAM può svolgere un ruolo fondamentale nella scalabilità della produzione. Grazie al DfAM, è possibile impilare il numero massimo di parti sul piano di stampa. L’uso del DfAM può aiutare gli utenti a superare una delle principali critiche mosse alla stampa 3D, ovvero che non sia adatta alla produzione in serie.

Parti stampate in 3D impilate realizzate con la stampa 3D in resina (crediti fotografici: 3D Systems)

#9. Ottimizzazione dei costi

Geometrie complesse e parti più leggere sono i motivi principali per cui il DfAM è importante, ma quali sono i vantaggi di poterle creare se il costo è troppo elevato? Fortunatamente, è stato dimostrato che il DfAM riduce anche i costi di produzione dei pezzi. Nel 2020, The Barnes Group ha affermato che l’86% del costo del pezzo in AM è determinato dalla progettazione, e questo è stato dimostrato più e più volte. Solo attraverso la progettazione è possibile ridurre la quantità di materiale utilizzato continuando a mantenere la resistenza e altre proprietà, incidendo in ultima analisi sul costo del pezzo. Inoltre, è importante considerare che più complesso non significa più costoso, anzi, a seconda del progetto, potrebbe essere il contrario!

#10. Ottimizzazione in base alla tecnologia 3D

Infine, ma non certo per importanza, il DfAM è importante perché consente agli utenti di ottimizzare il pezzo in base alla specifica tecnologia di stampa 3D utilizzata. Esistono sette famiglie di tecnologie 3D, con un numero ancora maggiore di processi che vi rientrano, e va da sé che vi sono differenze significative. Un esempio è dato dalle tecnologie a base di polvere, dove i progetti devono poter integrare fori di fuga; oppure, nella stampa 3D FDM il DfAM può contribuire a migliorare l’isotropia delle parti, quando necessario.

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