Il processo di sabbiatura dei componenti metallici richiede accorgimenti di mascheratura utili a proteggere le parti più sensibili ed evitare che l’inerte penetri attraverso gli eventuali interstizi. Per migliorare l’efficienza delle fasi di sabbiatura, ripetute moltissime volte su elementi spesso differenti tra loro, ATLA ha affidato a Protocube Reply un incarico di consulenza per ricerca e sviluppo al fine di progettare le maschere per la corindonatura di componenti metallici.

REQUISITI, OBIETTIVI E RISULTATI DELLA CONSULENZA

Tra i principali requisiti tecnologici richiesti da ATLA, vi era l’evidenza di realizzare una mascheratura in grado di proteggere componenti metallici spesso differenti tra loro per forma e dimensione. In questo contesto, l’applicazione delle tecnologie di stampa 3D è risultato, sin dalle analisi preliminari, l’approccio più indicato a sostenere sia la varietà delle forme richiesta e che la sostenibilità economica legata alla produzione di piccole serie.

Una serie di test e valutazioni mirate ha definito la scelta della tecnologia di stampa 3D HP Jet Fusion 580, con materiale HP PA-12 Full Color.

Durante tutto il percorso di ricerca e sviluppo sono stati analizzati molteplici aspetti legati al design, al materiale a al processo di produzione. Uno degli obiettivi principali è stato valutare il numero di cicli di sabbiatura a cui ogni maschera sarebbe stata sottoposta prima di raggiungere il limite di conformità ed essere sostituita. Dal momento che, per via della sua natura polimerica, la maschera risulta deteriorabile alla sollecitazione del corindone, in fase di design sono stati dunque valutati differenti sistemi di marcatura, da cui è derivata la scelta di un sistema, basato sulla stratigrafia di colori, in grado di rilevare puntualmente il grado di usura su tutta la maschera.

IL PROCESSO DI RICERCA: TEST SU MATERIALI E SISTEMA DI MARCATURA

Dopo un’attenta fase di preselezione, sono stati sottoposti a test 13 differenti materiali, connessi a differenti metodi di produzione. I test di resistenza hanno sottoposto i rispettivi campioni all’azione di una serie di cicli di pre-sabbiatura e sabbiatura. Pur dotati di ottime proprietà meccaniche, la comparativa ha consentito di escludere i sistemi basati sulla fresatura CNC, troppo onerosi a livello di costo unitario, in relazione alle quantità da produrre.

Tra le tecnologie di stampa 3D, la FFF è risultata molto interessante dal punto di vista delle proprietà meccaniche e della sostenibilità economica, ma ha rivelato dei limiti dal punto di vista della gestione delle forme da realizzare, dal momento che necessita puntualmente di supporti di produzione che vanno ad incidere direttamente sulla fase di post-produzione. In conclusione, dall’analisi comparativa delle tecnologie di stampa 3D le scelte più indicate sono risultate la SLS (Selective Laser Sintering) con materiale PA-12 caricato alluminio (Alumide) e la MJF (Multi Jet Fusion) con materiale PA-12 HP full color.

Un altro aspetto fondamentale della ricerca è stato valutare un design delle maschere in grado di ottimizzare la resistenza meccanica e la indicazione del livello di usura, in modo da consentire agli operatori di gestire in totale sicurezza il processo di sabbiatura. Tra le varie soluzioni proposte, si è scelto di utilizzare una maschera dotata di specifici pattern geometrici colorati, posizionati al di sotto della superficie. Tali indicatori sono in grado di rivelare sia i livelli intermedi di usura della maschera sia la condizione di “fine vita”, consentendo all’operatore di valutare progressivamente i cicli residui in cui è possibile l’utilizzo in sicurezza.

Report del test di sabbiatura sul prototipo di maschera realizzato in alumide (credit: ATLA)

Report del test di sabbiatura su un prototipo di maschera realizzato in PA-12 HP full color (credit: ATLA)

LA COLLABORAZIONE CON HP

La scelta di utilizzare la tecnologia di stampa 3D Multi Jet Fusion full color, in grado di generare in unica fase oggetti colorati direttamente durante il processo di produzione, ha comportato un approccio progettuale differente rispetto a quello “tradizionalmente” impiegato per un prodotto realizzato con una tecnologia in stampa 3D monocroma.

Il design delle parti è infatti specifico in quanto è possibile integrare negli spessori interni della maschera degli strati con differenti colori, che equivalgono ai rivelatori di usura, pur mantenendo una finitura superficiale uniforme e liscia, nel complesso di un oggetto monolitico, compatto, che non richiede alcuna fase di assemblaggio.

L’adozione, in questo specifico contesto, di una tecnologia innovativa come la Multi Jet Fusion ha richiesto uno studio approfondito delle design guide per sfruttare in maniera efficace le sue proprietà. Un risultato possibile grazie alla collaborazione diretta con HP, che ha garantito a Protocube Reply il totale supporto degli application engineer italiani e statunitensi.

I campioni HP MJF full color analizzati hanno dimostrato ottime potenzialità nella capacità di lettura dello stato di usura e di resistenza meccanica al corindone, anche se il PA-12 proprietario del produttore statunitense non è stato originariamente progettato per soddisfare questa funzione. Sulla base dei primi, promettenti risultati, la fase di ricerca e sviluppo procede con l’intenzione di ottimizzare le caratteristiche del materiale PA-12 utilizzato, ai fini di produrre maschere sempre più performanti dal punto di vista della resistenza e del warning feedback.

La stampante 3D HP Jet Fusion 580 utilizzata per produrre le maschere in PA-12 HP full color (credit: HP)

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