Come ottenere parti in ABS di qualità e in serie con la produzione additiva?

Secondo un rapporto di MarketsandMarkets, il mercato della stampa 3D con polimeri è in crescita, con un valore calcolato di 1,7 miliardi di dollari nel 2023 e una stima di 4,4 miliardi di dollari entro il 2028. Tra le termoplastiche più utilizzate nell’industria manifatturiera c’è l’ABS (Acrilonitrile Butadiene Stirene), noto soprattutto per la sua resistenza agli urti, alle basse temperature e alla leggerezza. Grazie a queste caratteristiche, viene utilizzato in numerose applicazioni: prototipi, parti di elettrodomestici, interni di automobili, ingranaggi, valvole, utensili, ecc.

Il metodo di produzione più utilizzato per parti in ABS in grandi lotti è lo stampaggio a iniezione, ma la produzione additiva è altrettanto utilizzata per la prototipazione e le piccole serie. Un limite in questo campo è quello incontrato dalla fascia di utenti che stanno scalando la loro produzione e quindi hanno necessità di passare rapidamente dalla prototipazione alla produzione in serie. La tecnologia STEP (Selective Thermoplastic Electrophotographic Process) di Evolve Additive Solutions si inserisce in questa fascia di mercato, proponendosi come valida alternativa allo stampaggio a iniezione per la produzione di parti in ABS di qualità e in serie. In che modo? Approfondiamo il tema in questo articolo.

Set di staffe in ABS stampate in 3D con tecnologia STEP.

Come funziona la tecnologia STEP? 

La tecnologia STEP di Evolve fa parte della famiglia delle tecnologie additive, ma non corrisponde esattamente a nessuno dei processi delineati nella norma internazionale ISO/ASTM 52900:2021, che descrive i processi di Additive Manufacturing.

Infatti, la tecnologia STEP prevede la creazione di parti strato per strato, ma il nucleo della tecnologia si basa in realtà sulla stampa digitale 2D ad alta velocità. Si struttura in 3 step: il primo è la riproduzione delle immagini o imaging, in cui le particelle del pezzo e dei materiali di supporto vengono depositate selettivamente su un nastro in movimento utilizzando l’elettrofotografia; il secondo è l’allineamento, in cui le immagini vengono riscaldate e trasferite sul piano di stampa; e infine avviene la fusione, ovvero, sotto effetto di calore e pressione, le particelle vengono fuse nello strato di stampa e poi raffreddate al di sotto della temperatura di transizione vetrosa. Gli strati completi con materiale della parte e del supporto vengono depositati uno dopo l’altro, producendo la parte 3D.

“Abbiamo trovato un modo per micronizzare i termoplastici tecnici in modo che si comportino come il toner in una stampante 2D“, ha spiegato John Lees, Vice President of Engineering di Evolve.

Ciò che è interessante di STEP, e che secondo Evolve distingue questa tecnologia da altri processi additivi, è che permette di produrre pezzi ad alta densità. Questo perché il rullo preme l’immagine sullo strato di stampa esercitando una pressione, il che, unito al calore, garantisce un’adesione ottimale. La macchina commercializzata da Evolve, la SVP™ (Scaled Volume Production), esegue inoltre anche una scansione dello strato ad ogni passaggio per identificare eventuali variazioni di altezza, compensandole con la regolazione della deposizione negli strati successivi. Secondo Evolve, comparata ad altri processi additivi, STEP permette quindi di ottenere parti a più alta fedeltà, con proprietà meccaniche superiori e scalabili.

Una build unit della macchina SVP comprende 92 set di staffe per un totale di 736 staffe, stampate in 6,5 ore.

Produrre parti in ABS: confronto tra STEP, altre tecnologie additive e stampaggio a iniezione

Fatta una panoramica sulla tecnologia, entriamo nel vivo della ragione per cui questa tecnologia si distingue dagli altri processi AM e potrebbe essere una valida alternativa allo stampaggio a iniezione, quando si tratta di produrre parti in ABS di qualità e scalabili. Innanzitutto, per quanto riguarda i materiali, STEP utilizza due tipi di ABS, uno di colore nero e uno grigio chiaro. Il processo funziona anche con il nylon PA11, che offre un maggiore allungamento e un punto di rammollimento più elevato.

Per quanto riguarda la velocità di stampa, la tecnologia risulta più veloce comparata ad esempio alle tecnologie additive Powder Bed Fusion. Questo perché queste tecnologie richiedono, ad ogni stampa, l’utilizzo dell’intero volume di costruzione e quindi tempi più lunghi per passare da una produzione all’altra, cosa non necessaria con STEP. Il processo, infatti, può essere interrotto una volta che la parte è pronta e, estratta questa, iniziarne immediatamente uno nuovo.

Se guardiamo alla fedeltà dei pezzi e ai dettagli, lo spessore dello strato per STEP è di 13 micron, con particelle da 22 μm che consentono la produzione di parti resistenti e ad alta risoluzione; e la rugosità superficiale è di 3-6 μm. Il motore di stampa Kodak NexPress, che la tecnologia utilizza, ha una risoluzione di 600 punti per pollice (DPI), pari a una dimensione del pixel di 40 micron. Poiché si tratta di un processo elettrofotografico, non si incontrano le stesse sfide termiche di altri processi di stampa 3D, come i limiti di densità di potenza. Ecco perché Evolve con STEP si propone di superare gli “storici” limiti dell’Additive Manufacturing e in particolar modo il rapporto tra velocità di stampa e risoluzione.

Un pezzo in ABS denso può soddisfare le esigenze di movimentazione di aria o fluidi.

Se confrontato invece con lo stampaggio a iniezione, STEP non può offrire la stessa produzione in grandi volumi, ma fornisce le stesse proprietà meccaniche e la stessa qualità per i pezzi in ABS. Questo, come anticipato, è un punto a favore di questo processo di produzione additiva, che potrebbe essere una buona soluzione per le piccole e medie imprese (PMI) in cerca di scalare la produzione.

Data la relativa velocità di STEP, la tecnologia può effettivamente fungere da ponte tra la prototipazione e la produzione in serie. Inoltre, in termini di costi, può essere una soluzione iniziale per le PMI che non possono permettersi di investire nella tecnologia di stampaggio a iniezione.

Stampa 3D di parti finali in ABS in serie

Come anticipato, i componenti in ABS sono utilizzati in numerosi settori e applicazioni. Tra questi ci sono anche quello dei sistemi di irrigazione e dei componenti elettrici. Entrambi, oltre a beneficiare delle proprietà del materiale, hanno in comune la necessità di produrre pezzi di piccole dimensioni, dettagliati e in serie non troppo grandi. Ecco perché spesso lo stampaggio a iniezione non si rivela la scelta più saggia, anche considerando i costi aggiuntivi degli stampi.

La tecnologia STEP in tal caso ha permesso, ad esempio, di creare valvole per irrigatori, valvole di ritegno e collettori di prova della pressione per sistemi di irrigazione. In questi casi, l’ABS è ideale perché chimicamente resistente agli acidi acquosi, agli alcali e agli acidi cloridrici e fosforici concentrati. Inoltre, la tecnologia è stata capace di fornire le caratteristiche essenziali richieste in questi pezzi, ovvero densità, assenza di vuoti o problemi di porosità.

Valvole a sfera realizzate con processo STEP. 

Un altro caso d’uso della tecnologia STEP per la produzione di parti finali in ABS è quello della produzione di alloggiamenti per interconnessioni elettriche. L’utilizzo della tecnologia STEP in questo caso è stato utile per la possibilità di unire precisione e velocità, permettendo all’utente finale di creare 195 parti in poco meno di due ore. Con una rotazione standard su tre turni, si tratta di una produzione di oltre 300.000 pezzi all’anno.

Infine, utilizzare la tecnologia STEP per queste applicazioni sia in fase di prototipazione che di produzione, ha consentito agli utenti di ridurre i rischi che derivano dall’utilizzo di più processi produttivi. Per scoprire di persona la tecnologia STEP, richiedi un campione gratuito QUI. 

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*Crediti per tutte le foto: Evolve Additive Solutions