La produzione additiva, detta anche stampa 3D, permette di progettare in maniera diversa, ad esempio unendo diversi pezzi in uno solo, e riducendo al minimo materiale utilizzato e costi di lavorazioneLa produzione additiva è un processo utilizzato per creare parti tridimensionali da un file digitale. In genere si attua attraverso l'accumulo o la solidificazione di sottili strati di materiale per creare pezzi completi. Questa tecnologia è in grado di creare forme complesse che non possono essere prodotte tramite le tecniche tradizionali come stampaggio, deformazione o asportazione di truciolo. Maggiori informazioni su www.renishaw.it

1. Riutilizzo di polveri metalliche per
l’additive manufacturing
Andrea Penna
Application Engineer, Renishaw SpA

2. • Società leader mondiale nel
campo della metrologia fondata
nel 1973.
• Competenza nei campi della
misura, del controllo del
movimento, della spettroscopia e
delle lavorazioni meccaniche di
precisione.
• L’acquisizione di MTT nel 2011 ha
reso Renishaw l’unica azienda
produttrice di sistemi di Additive
Manufacturing in UK.
Renishaw

3. 70 uffici
32 nazioni
> 4000 impiegati
Renishaw nel mondo

4. Centri per l’AM

5. Sede della Divisione Prodotti AM
Locali da 8500 m2 da marzo 2015, che
includono:
• Ampia area R&D.
• Solution centre come parte del processo
di vendita.
• Centro per la formazione.
• Supporto alle filiali.

6. • È indispensabile comprendere a fondo
l’argomento per industrializzare il processo.
• La materia prima deve essere affidabile per
garantire ripetibilità e prevedibilità.
• Le caratteristiche della polvere e i parametri della
macchina sono strettamente collegati.
Perché studiare il riutilizzo di polveri per l’AM?

7. Perchè il titanio?
Lega Ti-6Al-4V
Elevato rapporto
resistenza/peso Alta resistenza
alla corrosione
45 % più leggero
dell’acciaio
€€€€€

8. Buy to fly ratio
20kg Titanio in billette
1 kg polvere di Titanio
1 kg
Componente
in Ti
AM
Lavorazione meccanica
tradizionale
19 kg scarto di
Ti

9. Sistema AM250
AM250
Massimo volume di
costruzione
245 x 245 x 300 (x,y,z) mm
(z estendibile a 360 mm)
Velocita di
costruzione*
Da 5 cm³/h a 20 cm³/h
Spessore layer Da 20 a 100 µm
Diametro del fascio
laser
70 µm sulla superficie del letto di
polvere
Opzioni laser 200 W o 400 W
Alimentazione elettrica 230 V 1PH 16 A
Consumo di energia 1.6 kWh
Consumo di gas < 30 l/h
* La velocità di costruzione dipende dal materiale, dalla densità e dalla geometria, non tutti i materiali vengono
prodotti alla stessa velocità.

10. Generazione dell’atmosfera inerte nell’AM250
Gli impianti AM Renishaw sono unici per il metodo con cui viene
create l’atmosfera inerte. Tutti i sistemi Renishaw possono essere
utilizzati per processare materiali reattivi.
1. Viene creato il vuoto, approssimativamente 1 atm inferiore alla pressione
atmosferica:
• Serve per rimuovere aria e umidità dall’intero sistema
2. La camera di processo viene riempita con ~600 litri di argon ad alta
purezza.
3. L’atmosfera è mantenuta al di sotto di 1000ppm (0.1%) di ossigeno e può
lavorare al di sotto di 100ppm (0.01%) per il titanio (Ti6Al4V) e altre leghe.
Il consumo di gas è tipicamente <30 L/h e la fusione laser inizia
all’incirca dopo 10 minuti l’avvio del ciclo.

11. Ciclo di riutilizzo delle polveri
1. Riempimento del silo
2. Atmosfera inerte
3. AM
4. Raccolta della polvere
non fusa
5. Setacciatura
6. Riutilizzo di polvere
setacciata

12. Ciclo di riutilizzo delle polveri
1. Riempimento del silo
2. Atmosfera inerte
3. AM
4. Raccolta della polvere
non fusa
5. Setacciatura
6. Riutilizzo di polvere
setacciata

13. Ciclo di riutilizzo delle polveri
1. Riempimento del silo
2. Atmosfera inerte
3. AM
4. Raccolta della polvere
non fusa
5. Setacciatura
6. Riutilizzo di polvere
setacciata

14. Ciclo di riutilizzo delle polveri
1. Riempimento del silo
2. Atmosfera inerte
3. AM
4. Raccolta della polvere
non fusa
5. Setacciatura
6. Riutilizzo di polvere
setacciata
Apertura per il recupero della polvere

15. Ciclo di riutilizzo delle polveri
1. Riempimento del silo
2. Atmosfera inerte
3. AM
4. Raccolta della
polvere non fusa
5. Setacciatura
6. Riutilizzo di polvere
setacciata
Bottiglie per
catturare la
polvere
recuperata.

16. Ciclo di riutilizzo delle polveri
1. Riempimento del silo
2. Atmosfera inerte
3. AM
4. Raccolta della polvere
non fusa
5. Setacciatura
6. Riutilizzo di polvere
setacciata
Polvere di overflow
utilizzata
Polvere di overflow
setacciata

17. Ciclo di riutilizzo delle polveri
1. Riempimento del silo
2. Atmosfera inerte
3. AM
4. Raccolta della polvere
non fusa
5. Setacciatura
6. Riutilizzo di polvere
setacciata

18. Caratteristiche della polvere - Chimica
Elemento %
Ti Grade 5 Ti Grade 23 (ELI)
Ossigeno 0.20 0.13
Azoto 0.05 0.03
Carbonio 0.08 0.08
Idrogeno 0.0125 0.0125
Alluminio 5.5 - 6.75 5.5 - 6.50
Vanadio 3.5 - 4.5 3.5 - 4.5
Interstiziali
Elementi
leganti

19. Caratteristiche della polvere - Fisiche
Scorrevolezza
PSD – distribuzione della
dimensione delle particelle
Forma
Densità/Impaccamento
La scorrevolezza è importante per
ottenere strati consistenti, ed è
direttamente influenzata dalla PSD,
dall’impaccamento e dalla forma delle
particelle.

20. • Capsula per catturare la polvere
• Provino di trazione e provino per la densità
• 20 build di routine utilizzando lo stesso lotto di
polvere di Ti nella stessa macchina AM
Procedura sperimentale
Analisi della polvere Analisi del build
Ossigeno e azoto Trazione
PSD Densità
Scorrevolezza Capsula per
catturare la
polvereProvino di
trazione
Provino per
la densità

21. Risultati sperimentali - elementi interstiziali
Massimo livello di ossigeno
per il Ti grade 23
Massimo livello di azoto per il
Ti grade 23
Trend in aumento costante.
Trend in aumento costante.

22. Risultati sperimentali - elementi interstiziali
Massimo livello
per il Grade 23
Massimo livello
per il Grade 5
Analisi della
polvere

23. Risultati sperimentali - Distribuzione delle particelle, PSD
Build 16 • Nessun trend
generale nella PSD
all’aumentare del
numero di build.
• I build 11 e 16
hanno
rispettivamente una
distribuzione più
larga e più stretta.
Build 11

24. Risultati sperimentali - Scorrevolezza
La scorrevolezza
inizialmente aumenta
durante i primi 5 build, in
seguito si nota una
generale diminuzione.

25. Risultati sperimentali – Prove di trazione
Carico di rottura
Carico di snervamento

26. • Dopo 20 build la polvere non è cambiata
significativamente, sia in termini di elementi
interstiziali che di proprietà fisiche.
• I risultati indicano un potenziale di riutilizzo
molto più elevato.
• La corretta gestione delle polveri e il loro
immagazzinamento in atmosfera controllata
sono essenziali.
• I risultati dovranno essere validati da ulteriori
indagini che prevedano il mescolamento di
diversi lotti di polvere.
Conclusioni