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Laser Metal Fusion: vantaggi, principi di funzionamento e applicazioni della tecnologia additiva

Laser Metal Fusion (LMF): in italiano "fusione laser sulla base di processi a letto di polvere" è un procedimento di lavorazione additiva in cui un pezzo viene creato strato su strato in un letto di polvere. A tale scopo, un laser fonde la polvere metallica in strati di materiale esattamente sui punti indicati dai dati costruttivi CAD del componente. Per questo il procedimento viene spesso chiamato stampa 3D in metallo, ma nel settore è diffuso anche il termine sinterizzazione laser. Il procedimento è perfetto per la produzione in serie di pezzi complessi con canali interni e cavità finissimi, che è impossibile o quasi produrre efficacemente con i procedimenti tradizionali, come la tornitura o la rettifica. La stampa 3D industriale permette di ottenere componenti di elevata stabilità e allo stesso tempo peso ridotto; caratteristiche vantaggiose per la costruzione leggera o per impianti e protesi su misura. La laser metal fusion è inoltre un metodo di lavorazione sostenibile, in quanto, rispetto ai procedimenti con asportazione, non genera trucioli, quindi si ha meno materiale in eccesso. Grazie alla sua esperienza quasi ventennale nella tecnologia additiva, TRUMPF offre pacchetti completi pronti per l'uso a livello industriale nel procedimento su letto di polvere; questi pacchetti comprendono macchine, servizi e digitalizzazione, tutto da un unico produttore. Dall'identificazione del pezzo fino al prodotto finito e oltre: per voi copriamo l'intera catena di processo.

Integrazione di funzioni

La LMF permette agli operatori di generare direttamente da modelli CAD 3D componenti funzionali, ad esempio con canali di raffreddamento  integrati.

Raffreddamento sul contorno

La LMF permette di produrre componenti con raffreddamento sul contorno. Questi dissipano il calore generato nel processo di produzione direttamente nel punto in cui viene originato.

Strutture a reticolo

Nella produzione additiva una progettazione con strutture a reticolo permette una velocità di lavorazione dei componenti molto superiore.

Design driven manufacturing

Nella stampa 3D in metallo, sono la costruzione e il design a determinare la lavorazione del componente, al contrario di quanto accade nei procedimenti di produzione tradizionali.

Produttività

Nella stampa 3D in metallo i tempi di attrezzaggio sono praticamente assenti. Per questo motivo la disponibilità delle vostre macchine sarà sempre ottimale e l'efficienza della produzione aumenterà.

Automation

La gestione industriale di pezzi e polvere di TRUMPF aumenta la produttività e redditività della vostra produzione.

Pulizia

Un circuito chiuso della polvere assicura la pulizia e la sicurezza dell'ambiente di produzione.

Breve spiegazione del processo della laser metal fusion

Alla base del procedimento di laser metal fusion c'è il modello 3D virtuale del componente, presentato in forma di disegno CAD. Durante la preparazione dei dati il pezzo viene suddiviso in singoli strati (slice) e posizionato su eventuali strutture di supporto. La costruzione strato su strato del pezzo si svolge poi nella camera di processo in atmosfera di gas inerte sopra una piastra di substrato. Qui il tenore di ossigeno si assesta sullo 0,1%. Nella camera sono affiancati in un asse i cilindri di carico, costruzione e overflow. Il cosiddetto coater spinge la polvere dal cilindro di carico su quello di costruzione. Il laser poi fonde il primo strato di polvere seguendo il contorno del pezzo. Nel passaggio successivo, il cilindro di costruzione si abbassa e la polvere in eccesso arriva nel cilindro di overflow. Questo processo di ripete finché non è completata la generazione del pezzo. Per aumentare la produttività, TRUMPF inserisce nei suoi sistemi più laser che lavorano contemporaneamente. Si tratta del cosiddetto principio multilaser. Il pezzo finito viene poi liberato dalla polvere metallica in una stazione di estrazione. Alla fine si procede a staccare il componente dalla piastra, se utilizzata, a rimuovere le strutture di supporto e, se necessario a rifinire il pezzo.

Applicazioni e settori d'impiego: versatili come la tecnologia stessa

Impianto cranico individuale, prodotto con metodo additivo, in titanio

Impianto cranico

La laser metal fusion soddisfa gli elevati requisiti di qualità e sicurezza richiesti per la produzione di dispositivi e impianti medicali. Ad esempio, l'impianto cranico in titanio personalizzato della figura è stato prodotto in 8,45 ore e con quasi 5.000 strati.

Struttura leggera di un angolare di montaggio realizzato con una TruPrint 1000

Angolare di montaggio

Nel settore aeronautico e aerospaziale, la costruzione leggera è fondamentale per avere un buon flusso di forza all'interno del pezzo. Questo design topologicamente ottimizzato può essere prodotto in modo semplice con il procedimento in letto di polvere; così come avviene nel caso dell'angolare di montaggio illustrato, utilizzato su porte di velivoli, che è stato costruito in meno di 8 ore con circa 2.700 strati.

Blocco idraulico ottenuto con lavorazione generativa con macchine TruPrint di TRUMPF

Blocco idraulico

Il blocco idraulico illustrato viene utilizzato per l'accoppiamento tra valvola di comando e cilindro idraulico. Viene prodotto con il metodo della laser metal fusion, che permette di ridurre dell'80% il volume totale e del 93% la perdita di pressione, il tutto senza alcuna perdita di funzionalità. La costruzione è stata effettuata senza strutture di supporto ed è stata completata in undici ore.

Canale di colata ottenuto con produzione additiva

Canale di colata

Per la produzione di questo canale di colata con il procedimento tradizionale sarebbero stati necessari cinque pezzi singoli. Con la fusione laser su letto di polvere si ottiene direttamente il componente finito. La LMF consente di generare in modo semplice canali di tempra complessi dal contorno preciso. I clienti beneficiano inoltre di una riduzione del tempo di ciclo e di processi di produzione termicamente stabili e con scarti minimi. Il canale di colata dell'immagine è stato realizzato in meno di 70 ore.

Traversa d'asse

Nel settore automobilistico, la fusione laser sulla base di processi a letto di polvere permette di costruire in modo rapido e senza utensili prototipi funzionanti complessi. La produzione additiva della traversa d'asse illustrata ha richiesto cinque ore.

Prodotto dentale costruito con la TruPrint 1000

Corona dentale

I numerosi vantaggi della produzione additiva si fanno apprezzare anche in campo dentistico. Strato su strato si può costruire con materiale biocompatibile qualsiasi indicazione complessa, con risultati di alta precisione e in tempi da record. La piastra dentale con corone illustrata è stata prodotta in meno di sei ore con circa 1.200 strati.

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Quali prodotti sono adatti per la laser metal fusion?

Laser Metal Fusion (LMF)

La laser metal fusion spesso viene chiamata anche stampa 3D, powder bed fusion o selective laser melting. Il laser costruisce il pezzo strato su strato da un letto di polvere. Il progetto costruttivo è fornito da un modello CAD. Non servono utensili. La polvere viene applicata su una piattaforma di costruzione. Il raggio laser fonde la polvere seguendo punto per punto i dati CAD e congiunge i punti definiti con lo strato sottostante. Il laser ripete questo processo, finché il pezzo metallico non è finito. Il pezzo possiede le proprietà del materiale utilizzato in forma di polvere. È possibile utilizzare un gran numero di materiali metallici in polvere, ad esempio acciaio, alluminio o titanio.

Generazione di componenti con la laser metal fusion

Vantaggi della fusione laser sulla base di processi a letto di polvere

La tecnologia LMT presenta una serie di vantaggi, se utilizzata come integrazione dei procedimenti produttivi più diffusi. Libertà di disegno praticamente illimitata. Si possono così realizzare forme complesse e singoli componenti in modo rapido, flessibile ed economico. La LMF offre soluzioni per progetti in cui la lavorazione tradizionale si ferma e permette inoltre una produzione redditizia già a partire da lotti di dimensioni minime.

Turboventilatore radiale costruito con la TruPrint 3000 (LMF)

Campi applicativi

I componenti realizzati con questo processo soddisfano i massimi requisiti di materiale per compiti complessi. Stabilità e peso ridotto rendono il processo particolarmente interessate per la costruzione leggera e strutture bioniche, come ad esempio quelle che trovano applicazione nei settori aerospaziale e aeronautico e automobilistico, ma anche nella tecnica medicale.

Prodotti

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