Qualificazione dei materiali
per la fusione laser a letto di polvere
Qualificazione del materiale
La qualifica più veloce del mondo
Con oltre 100 anni di esperienza nella lavorazione di più di 400 materiali diversi per la produzione di componenti forgiati, conosciamo bene le grandi sfide che i nostri clienti finali devono affrontare per quanto riguarda le proprietà dei materiali specifici per le applicazioni.
Noi di Rosswag Engineering ci siamo quindi posti l'obiettivo di colmare il divario di materiali tra la stampa 3D in metallo e i processi di produzione convenzionali. Attualmente stiamo lavorando alla qualificazione di nuovi materiali in decine di progetti industriali e di ricerca. Possiamo offrire ai nostri clienti sia leghe già note, come l'acciaio 42CrMo4 trattabile termicamente, sia materiali di nuova concezione, come l'acciaio per utensili maraging Specialis® ad alta resistenza, per la produzione di componenti per applicazioni specifiche.
Confronto tra materiali pronti per la produzione in serie
Il numero di materiali disponibili e qualificati per la stampa 3D industriale dei metalli è relativamente basso. Tuttavia, al fine di industrializzare ulteriormente la tecnologia, il mercato ha bisogno di una più ampia selezione di materiali per consentire il valore aggiunto funzionale dei processi di produzione additiva per un maggior numero di applicazioni in tutti i settori.
Qualificazione del materiale
Livello di preparazione tecnologica
La categorizzazione in base al Technology Readiness Level (TRL) aiuta a descrivere in modo trasparente lo stato di qualificazione di un materiale nella comunicazione. Con la qualificazione iniziale, i primi risultati di rettifica e le proprietà meccaniche, è possibile dimostrare la processabilità di base del materiale e si raggiunge il TRL 3. Su questa base, nelle due fasi successive si può procedere a un'ulteriore qualificazione fino a quando il materiale è pronto per la produzione in serie. Nel TRL 4-6 "Prototipazione e convalida", vengono effettuate ottimizzazioni e convalide specifiche per l'applicazione della catena di processo desiderata. Nella fase finale, "Produzione in serie", il materiale e il processo vengono infine ottimizzati con ampie statistiche per le successive applicazioni in serie e possono essere affrontate certificazioni specifiche per il materiale, il processo e il design del componente.
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Qualificazione iniziale
L'ostacolo che le aziende devono affrontare per ottenere nuovi materiali qualificati per la produzione additiva è solitamente molto alto. La polvere metallica deve prima essere prodotta nella qualità richiesta da un fornitore. Un altro partner deve poi lavorare il materiale su un sistema LPBF e identificare i parametri di processo e macchina adatti. I campioni e i provini vengono spesso analizzati e testati da un terzo partner. Le innumerevoli interfacce comportano un elevato rischio finanziario e un lungo progetto di sviluppo senza una struttura e un obiettivo chiari.
Presso Rosswag Engineering è possibile atomizzare un nuovo materiale in polvere metallica, effettuare studi sui parametri LPBF e quindi determinare i risultati iniziali relativi alla microstruttura e alle proprietà meccaniche in laboratorio in meno di 4 settimane grazie alla catena di processo interna e integrata dell'azienda. Secondo il Technology Readiness Level (TRL) sviluppato dalla NASA, la qualificazione iniziale riguarda la prova di capacità funzionale (livello 3).
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Convalida e prototipazione
Una volta dimostrata la capacità di processo di base del materiale, il processo complessivo viene ottimizzato per soddisfare i requisiti specifici delle possibili applicazioni finali. Da un lato, l'attenzione si concentra sulla post-lavorazione, dal trattamento termico alla lavorazione e alla finitura superficiale adeguata. Dall'altro, i prototipi iniziali e i campioni di prova vengono testati in ulteriori serie di prove in base ai requisiti specifici dell'applicazione.
Anche la trasferibilità ad altri sistemi LPBF è una componente importante nell'ambito del livello di preparazione tecnologica 4-6. L'obiettivo è quello di ottenere la lavorabilità indipendente dalla macchina della polvere metallica specificata su sistemi di produzione comparabili, trasferendo i parametri più importanti della macchina e la successiva messa a punto alle rispettive caratteristiche del sistema.
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Produzione in serie
Un materiale e un processo di produzione pronti per la produzione è l'obiettivo principale alla fine di ogni qualificazione, ma è solo l'inizio. L'obiettivo principale dovrebbe essere quello di stabilire una catena di processi AM specifica per ogni componente. Se la produzione in serie continua a essere gestita da fornitori di servizi come Rosswag Engineering o se il cliente vuole portare la produzione additiva all'interno dell'azienda come tecnologia chiave, viene deciso su base specifica del cliente e dell'applicazione. Rosswag supporta i propri clienti anche con il trasferimento di competenze.
Ulteriori componenti per il raggiungimento del TRL 9 sono le certificazioni specifiche per le applicazioni o per i processi trasversali. Queste sono necessarie, ad esempio, per i componenti pressurizzati e possono essere eseguite insieme al nostro partner TÜV Süd. Infine, Rosswag Engineering utilizza anche dati determinati sperimentalmente per qualificare i modelli di materiali per la simulazione del processo di produzione additiva utilizzando il software ANSYS. In questo modo è possibile simulare l'intera catena del processo, dalla progettazione del componente all'ottimizzazione dei parametri LPBF fino al trattamento termico. Questo ci avvicina ogni giorno di più alla visione del "gemello digitale".
