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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 sono diffusi anche i termini sinterizzazione laser e fusione laser. Il procedimento è perfetto per la produzione in serie di pezzi geometricamente complessi con canali interni e cavità finissimi, che è impossibile o quasi produrre efficacemente con i procedimenti tradizionali, come la tornitura o la fresatura. 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 strutture flessibili o  girevoli.

Raffreddamento sul contorno

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

Strutture a reticolo

La produzione additiva permette di progettare strutture filigranate in una disposizione complessa.

Design for additive manufacturing

Libertà di design: nella stampa 3D in metallo è la costruzione 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. L'opzione Multilaser e i componenti di automazione permettono di aumentare ulteriormente l'efficienza della lavorazione.

Efficienza

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. Durante l'elaborazione dei dati, i dati di progetto vengono convertiti in un file job di costruzione leggibile dalla macchina. In questa fase i componenti vengono posizionati sulla piastra del substrato e, se necessario, vengono aggiunte strutture di supporto. Per il processo di stampa i  componenti vengono scomposti in singoli strati ("slice") e vengono definite le rispettive traiettorie laser("hatching"). La costruzione strato su strato del pezzo si svolge poi nella camera di processo in atmosfera di gas inerte sopra una piastra di substrato. 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 (1). Il laser poi fonde il primo strato di polvere seguendo il contorno del pezzo facendolo aderire al materiale dello strato sottostante (2). Nela fase successiva, il cilindro di costruzione si abbassa di uno strato (3). Il componente viene costruito per così dire nel letto di polvere. 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.

Funzionamento della Laser Metal Fusion (interna al laser) mediante uno schema funzionale.

Breve spiegazione del principio di funzionamento della stampa 3D di metallo


"Wir haben uns für die TruPrint Anlagen entschieden, weil sie eine komplette Durchgängigkeit haben, was die Peripherie vor und nach dem Prozess angeht und auch die integrierten Monitoringlösungen in den Anlagen."

Christoph Hauck
Geschäftsführer Toolcraft

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

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, con design e topologia ottimizzati, 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.

Componente del settore R&D

Nello sviluppo di applicazioni o parametri viene utilizzato il job di costruzione illustrato. In questo processo le barre lunghe vengono lavorate dopo aver staccato dalla piastra del substrato campioni per la prova di trazione, che permettono di verificare la resistenza e la deformabilità del componente. Dopo il taglio e la rettifica, vengono esaminati al microscopio gli altri componenti quadrati per individuare eventuali piccoli difetti. In entrambi i casi si tratta di garantire la qualità dei componenti.

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