Sinterizzazione delle polveri

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Sinterizzazione delle polveri
PREMESSA
Innanzitutto, vorrei ringraziarti per aver iniziato la lettura di questo ebook sulla
sinterizzazione.
Chiaramente, essendo io di parte, potrei parlarti solo positivamente di questo
processo produttivo, ma vorrei che sia tu, alla fine di questa lettura, a
considerarla una valida soluzione per i tuoi progetti e ti sarei grato se ne
diventassi un divulgatore tra chi, come te, progetta.
Vorrei, con questo ebook, darti alcuni spunti di riflessione su questa tecnologia
così che tu possa, in future progettazioni, considerarla una valida alternativa
alle tecnologie probabilmente più “famose” che hai sempre utilizzato.
Non tralascerò di fornirti alcune case history che ne dimostrano i vantaggi
pratici, confermati da progettisti con cui ho avuto il piacere di collaborare.
Non sarà, o almeno lo spero, una noiosa lettura sul processo, formule o tabelle
dati o grafici.
Per approfondimenti tecnici, studi accademici o manuali specifici
sull’argomento, infatti, ti rimando alla fine dell’ebook dove troverai qualche
testo che può fare al caso tuo.

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SINTERIZZAZIONE, MA QUALE?
Spesso e volentieri, parlando in azienda, ci poniamo il problema della scarsa
conoscenza della tecnologia che per noi è l’attività di business principale.
Una volta, quasi per gioco, ci siamo posti un obiettivo: fare un sondaggio su un
numero significativo di progettisti che lavorano in aziende manifatturiere.
Per regolarità del sondaggio abbiamo selezionato aziende che operano in
settori differenti, soprattutto perché in certi settori il sinterizzato è storicamente
una tecnologia molto usata.
Qual è stato il risultato?
Molti non sono stati in grado di dare una risposta corretta al 100% su cosa
fosse la sinterizzazione (o metallurgia delle polveri) e su come si svolgesse il
processo produttivo.
Nulla di grave, si intende, ma avendo una grande importanza per noi la
diffusione della sinterizzazione nel modo di pensare, e quindi progettare, degli
addetti alla ricerca e sviluppo, ci siamo posti il problema.
Ci siamo anche resi conto che, sfortunatamente, a creare ulteriore confusione
sull’argomento, negli ultimi anni, si sono aggiunte le stampanti 3D.
Ebbene sì, spesso e volentieri, la sinterizzazione è confusa con i processi di
stampa 3D.
Come possiamo esserne così certi?
Semplice, più volte sono stato contattato da potenziali clienti per richieste di
chiarimenti sulla produzione, sui tempi di consegna e sulla possibilità di avere
un’offerta per il loro progetto.
Nulla di strano, anzi, è il mio lavoro supportare potenziali clienti nella fase di
valutazione della sinterizzazione come processo alternativo a quelli
comunemente utilizzati dalla loro azienda.
La delusione giungeva però dopo pochi minuti di telefonata. Dalle domande
che mi venivano poste mi rendevo conto che la persona dall’altra parte del
telefono aveva preso un grosso “granchio”.

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La sinterizzazione di polimeri o di polveri di materiali metallici, tramite l’ausilio
di laser, è un processo molto diverso dal più “vecchio” processo produttivo di
pressatura e successiva sinterizzazione in forno che ci riguarda, e di cui tratta
questo ebook.
Le principali differenze, giusto per fare subito una netta distinzione sui processi,
si possono racchiudere in un paio:
• le stampanti 3D non richiedono uno stampo per dare forma all’oggetto
• le stampanti 3D non sono, solitamente, adatte a produzione di serie a
bassi costi
Con questo non voglio sminuire l’importanza di questa nuova tecnologia che,
sicuramente, sarà il futuro per molti prodotti industriali.
In azienda siamo tutti consapevoli, io per primo, che, per determinati prodotti,
questa novità tecnologica diventerà una scelta obbligata e non è detto che un
domani avremo in azienda una stampante 3D per il metallo che si affiancherà
alle nostre presse.
Ma, per il momento, su determinati prodotti, lo “scontro” è improponibile in
quanto per nostra fortuna siamo più precisi ed economici.
Un altro processo tecnologico, che spesso viene confuso con la tecnologia da
noi utilizzata è il Metal Injection Molding o abbreviato: M.I.M..
Cosa rende questa tecnologia molto simile alla metallurgia delle polveri?
La sinterizzazione finale.
A parte quest’ultima fase, il processo differisce moltissimo dalla nostra
tecnologia.
La differenza principale è legata allo stampaggio.
Nel M.I.M. il materiale primario (la lega metallica che realizzerà il particolare
finale) viene ‘iniettata’ all’interno dello stampo miscelata con un legante
polimerico.

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Successivamente il legante viene eliminato, lasciando delle porosità.
Nella fase successiva di sinterizzazione il pezzo tende a “restringersi” chiudendo
le porosità.
Per quest’ultima ragione gli stampi sono realizzati maggiorati.
Il processo di stampaggio M.I.M. risulta quindi molto più simile allo stampaggio
ad iniezione della plastica, che allo stampaggio da noi utilizzato per la
realizzazione dei pezzi pre-sinterizzazione (anche detti “a verde”).
La principale differenza, con la nostra tecnologia, è legata alla possibilità del
M.I.M. di realizzare forme complesse che sono impossibili per gli stampi tipici
del processo di sinterizzazione.
A nostro vantaggio, possiamo però vantare il fatto di poter realizzare
componenti con dimensioni molto maggiori rispetto a quelli stampati con la
M.I.M, ed un costo degli stampi molto inferiore.
Fatta questa breve introduzione per identificare il posizionamento della
tecnologia nel panorama della subfornitura nel mondo dell’industria, possiamo
addentrarci meglio nel processo produttivo.
Non è nostro interesse in questa sede approfondire troppo l’aspetto tecnico
della tecnologia, ma dare una “infarinatura” generale sul processo produttivo
e, soprattutto, valutarne benefici e limiti, nonché accennare a case history in cui
la sinterizzazione ha avuto un ruolo determinante per la realizzazione di alcuni
progetti.

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MISCELAZIONE POLVERI E PRESSATURA
Nell’introduzione dell’ebook ti ho detto che non avrei parlato del processo.
Come però evidenziato nel capitolo precedente, alcuni dubbi sulla
sinterizzazione esistono ed è bene scrivere qualche riga per capirlo meglio.
La prima fase del processo di sinterizzazione è, in funzione della lega
selezionata, la miscelazione delle varie componenti in forma di polvere.
Queste miscele possono essere di tipo standard, oppure frutto di “alchimie”
particolari. Alchimie che sono necessarie per ottenere delle caratteristiche
specifiche per il prodotto che ci hanno commissionato.
Le miscele standard sono quelle che, anche se con sigle diverse, rispecchiano
per composizione chimica le più comuni leghe utilizzate per prodotti di
trafilatura, sia da barra che da lastra.
Con il termine “alchimie” si intendono delle leghe cucite su misura per il
prodotto che il cliente vuole produrre.
Come realizziamo queste miscele particolari?
Il processo richiede, di base, una buona conoscenza della metallurgia e del
comportamento del prodotto finale in funzione ad un equilibrato e studiato
rapporto tra le componenti.
Non voglio nasconderti che, a volte, è necessario anche fare delle prove
empiriche per avere una conferma delle caratteristiche meccaniche che
volevamo ottenere.
La possibilità di fare prove sulle varie tipologie di miscele è molto semplice.
Perché?
Grazie alla possibilità di miscelare internamente le varie componenti. Siamo
quindi in grado di fornirti dei “provini” realizzati con un vasto campionario di
diverse miscele.
Queste differenze daranno origine a particolari con caratteristiche meccaniche
differenti.

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Grazie a questi sbozzati sarai in grado (o noi lo possiamo fare per te) di
realizzare tramite asportazione di truciolo dei campioni del tuo particolare così
da poter testare le varie miscele.
Trovato il giusto compromesso che solo tu puoi giudicare ottimale, verrà
definita la miscela più adatta che verrà quindi abbinata, nel nostro archivio, al
tuo codice componente.
La fase di pressatura è la fase in cui il tuo pezzo prende la sua forma.
Per ottenere un pezzo “a verde” con le caratteristiche geometriche da te
richieste, ci affidiamo a varie presse idrauliche a doppio effetto, con tonnellaggi
di pressatura diversi in funzione delle dimensioni dei particolari.
Le presse a doppio effetto sono presse in cui la pressione viene applicata sia
da sopra che da sotto.
Chiaramente, delle presse senza stampi non potrebbero realizzare alcunché.
Per ottenere un pezzo coerente con un disegno meccanico è necessario
realizzare uno stampo.
Lo stampo per i prodotti sinterizzati è, solitamente, uno stampo abbastanza
semplice e quindi poco costoso se paragonato agli stampi utilizzati per altri
processi produttivi, come ad esempio: M.I.M., stampaggio di plastica ad
iniezione, pressofusione della zama o dell’alluminio e altri.
Il cuore dello stampo è la matrice.
La matrice è anche il pezzo dello stampo che realizzerà la sagoma esterna del
tuo pezzo.
Per semplificare, nel caso il vostro pezzo abbia una sagoma esterna a forma di
esagono, la matrice sarà un blocco d’acciaio tondo all’esterno e con una cavità
passante a forma di esagono.
Per completare uno stampo semplice, mancano solo un punzone superiore ed
uno inferiore, collegati ai cilindri superiore ed inferiore della pressa. La loro
sagoma esterna sarà esagonale con scorrimento molto preciso nella matrice.

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Il pezzo finale, utilizzando i pezzi di stampo indicati sopra, sarà un blocco con
forma esagonale.
L’altezza del pezzo può essere variata lavorando sulle corse dei punzoni.
Quindi, a parità di stampo, è possibile realizzare componenti con la stessa
geometria esterna, ma altezze differenti.
Difficilmente però, realizziamo stampi tanto semplici.
Una caratteristica molto importante della sinterizzazione è la possibilità di
realizzare pezzi con sagome esterne, ed eventualmente anche interne, molto
complesse.
Questo grazie al fatto che sia la matrice che rispecchia la sagoma esterna, che
l’eventuale punzone mobile posto all’interno per realizzare un foro sagomato,
sono realizzati da elettroerosione a filo con tolleranze centesimali.
Esempio di stampo (matrice, punzone e punzone mobile) e del pezzo realizzato
Vorrei raccontarti molto altro in merito a stampi più complessi ma, prima che
tu possa annoiarti, preferirei passare ad altri argomenti. Dopotutto ti avevo
promesso un ebook poco tecnico.

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SINTERIZZAZIONE
Per definire meglio questo processo tecnologico mi affido al vocabolario:
“Processo nel quale le particelle di un materiale solido in forma di polvere,
sottoposte a riscaldamento, si avvicinano e si saldano, originando un pezzo di
materiale compatto.
È un procedimento molto usato nella metallurgia delle polveri [...] Tipicamente,
la sinterizzazione viene effettuata a una temperatura leggermente inferiore a
quella di fusione del materiale.”
Treccani
Ho voluto prendere la citazione sopra perché credo sia perfetta per descrivere
il processo di sinterizzazione in poche parole.
Tornando a noi, abbiamo lasciato il nostro particolare di forma esagonale
all’uscita della pressa.
Dopo la pressatura, a seconda dei lotti produttivi, possono succedere un paio
di cose... o anche tre.
Per lotti bassi (<1.000 pz), un addetto preleva il nostro blocchetto esagonale e
lo deposita in una cassetta.
Per lotti di media entità (>1.000 pz fino a 15/20.000 pz) un automatismo della
pressa sposta il pezzo verso uno “scivolo” così da farlo depositare in una
cassetta.
Per lotti elevati, è possibile prevedere l’utilizzo di un robot per lo scarico del
pezzo nella cassetta.
Ad essere sinceri, le tre variabili sopra riportate, non sono solo vincolate dal
lotto produttivo. Spesso, anche lotti medi richiedono un operatore a bordo
macchina per la manipolazione.
Per quale motivo, ti chiederai? Non è economico.
Hai perfettamente ragione. Il problema è dovuto alla fragilità dei pezzi non
ancora sinterizzati.

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Stiamo infatti parlando di polvere compressa. Per alcuni pezzi, a causa della
loro geometria, non è possibile prevedere uno scarico automatico che
danneggerebbe i pezzi ancor prima di entrare nel forno per la sinterizzazione.
Tornando alla fase di produzione, il nostro blocchetto esagonale ha raggiunto
nel modo più adatto tra quelli elencati sopra, la sua cassetta.
Anche il posizionamento nella cassetta non è casuale. Anche in questo caso la
geometria, il peso e altri fattori giocano un ruolo determinante per la scelta del
posizionamento.
Le possibilità, solitamente, sono queste:
• alla rinfusa
• ordinati in file e impilati uno sull’altro fino al bordo della cassetta
• appoggiati, sempre in file ordinate, su piastre piane
Esistono altre soluzioni ma, sfortunatamente, non te ne posso parlare in quanto
sono soluzioni adottate per pezzi molto particolari la cui produzione è un
segreto industriale.
Tutte le variabili di posizionamento in cassetta sono frutto di esigenze
specifiche di ogni pezzo.
Nel caso del nostro pezzo campione, il blocco esagonale, vista la sua forma non
critica è pensabile un posizionamento alla rinfusa nella cassetta.
Preparate le varie cassette, inizia la vera fase di sinterizzazione con il passaggio
in forno di tutte le cassette che raccolgono il lotto prodotto.
In questa fase c’è poco da descrivere, salvo andare troppo nel tecnico del
processo.
Semplicemente, i pezzi passano all’interno del forno con atmosfera controllata
e attraversano varie fasi (con temperature diverse).
Anche il tempo di passaggio differisce dal materiale e dalla tipologia del pezzo.

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All’uscita dal forno, nonostante ci sia già stata una fase di raffreddamento, i
pezzi sono molto caldi per essere maneggiati e quindi sostano per qualche ora
prima delle successive fasi.
A volte, le tolleranze molto ristrette che sono richieste dai clienti richiedono un
passaggio di calibratura dei pezzi già sinterizzati.
In cosa consiste?
I pezzi vengono posizionati nuovamente nella pressa e pressati con uno
stampo dedicato alla calibratura.
Questi stampi, solitamente, vanno a calibrare quelle parti del pezzo (fori o
sagome esterne) che richiedono tolleranze geometriche che vanno oltre a
quelle realizzabili dalla semplice pressatura iniziale.
Ebbene sì, in casi estremi per avere tolleranze molto ristrette gli stampi da
realizzare sono 2.
La calibratura può essere eseguita anche su presse manuali.
Come è intuibile, questo passaggio può essere più costoso del pezzo stesso.
Questo perché, salvo lotti elevati che rendano profittevole l’utilizzo di un robot
dedicato per il posizionamento, tutti gli altri richiedono un’operazione
manuale.
Supponiamo che il nostro blocchetto esagonale richieda una tolleranza
sull’esagono esterno decisamente ristretta, sarebbe necessario realizzare uno
stampo che richiami la sagoma esterna.
Questo stampo dovrà avere la tolleranza richiesta e per ottenere il risultato
atteso sarà stato necessario prevedere un pezzo sinterizzato leggermente più
grande.
Dopo una calibratura manuale dell’esagono il nostro pezzo può passare alla
fase successiva.
Riprese a tornio o su centro di lavoro CNC.

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Si punta sempre ad ottenere il pezzo finito tramite stampaggio ma, a volte, per
motivi geometrici le riprese di asportazione di truciolo risultano necessarie con
costi elevati se paragonati alla realizzazione del pezzo sinterizzato.
Ora il processo produttivo è finito: miscelazione polveri, pressatura,
sinterizzazione, calibratura ed eventuali riprese.
Il nostro blocchetto esagonale richiede solo una finitura.
I pezzi sinterizzati si prestano a svariati processi di finitura; per non entrare
noiosamente in ognuno mi limiterò solo ad elencarli:
• impregnazione in olio (fattibile solo su pezzi sinterizzati)
• impregnazione in resina (per chiudere le porosità)
• zincatura
• nichelatura
• cromatura
• ossidazione a vapore

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MATERIALI
I materiali che si possono lavorare con la sinterizzazione sono molteplici.
Partiamo da un presupposto: qualsiasi materiale in stato di polvere può essere
pressato.
I problemi arrivano nella fase di sinterizzazione.
Infatti, alcuni materiali risultano molto problematici da sinterizzare, oppure la
loro nicchia di mercato è talmente ristretta da non essere molto interessanti.
Qui sotto ti indico quelli che siamo in grado di utilizzare.
Tra i più interessanti, soprattutto per applicazioni magnetiche (motori ad
esempio) è: il FERRO puro.
La nostra tecnologia è l’unica in grado di fornire prodotti realizzati con assenza
di carbonio.
Tra gli altri materiali ci sono gli acciai legati, il rame, il bronzo e l’ottone.
Un discorso leggermente diverso è da fare sulle leghe INOX.
L’Inox è uno dei materiali che può essere sinterizzato senza particolari problemi
e ha un mercato interessante.
Nonostante ciò, per vari motivi è un materiale che raramente consigliamo e,
quando ci viene richiesto, ci costringe ad indagare molto bene sull’utilizzo
finale del componente e su altri aspetti critici che riguardano questi materiali.
Qual è il motivo?
Sfortunatamente queste leghe inossidabili hanno alcuni svantaggi nella
sinterizzazione.
Quello più “fastidioso” è legato alla variabilità ed entità del ritiro nella fase di
passaggio in forno.
Questa trasformazione è comune per tutti i materiali ma, grazie all’esperienza,
è possibile prevedere la variazione e lavorare d’anticipo in fase di progettazione

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dello stampo, garantendo così tolleranze ristrette sui componenti, per la gioia
dei nostri clienti.
Nel caso dell’inox questi ritiri sono più difficili da controllare.
Per questo motivo siamo costretti, spesso, a chiedere ai nostri clienti tolleranze
maggiori, rispetto ad altri materiali in quanto non saremmo in grado di
garantire tolleranze troppo ristrette.
Altre problematiche dell’inox sono di tipo estetico.
Essendo un pezzo sinterizzato poroso per sua natura, difficilmente una finitura
con lucidatura a specchio (tipica di alcune applicazioni inox) risulterà brillante
come quella realizzata su un pezzo ricavato da lavorazione a CNC, o da
microfusione.
Un altro problema, in cui siamo incappati nostro malgrado qualche anno fa, è
legato sempre all’aspetto estetico del pezzo finale.
Nonostante i pezzi da noi prodotti in materiali inossidabili possano vantare
l’utilizzo di materie prime più che certificate, la resistenza alla corrosione
dell’INOX sinterizzato è sempre inferiore a quella dei materiali da fusione senza
porosità.
Esistono delle finiture successive che eliminano problemi del genere ma, non
sempre, sono utilizzabili.

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CAMPI DI APPLICAZIONE
Come ogni tecnologia, la sinterizzazione ha dei campi di applicazione tipici
che sfruttano le sue caratteristiche principali.
Tra questi i principali sono:
• boccole
• filtri
• ingranaggeria
• componenti per serrature
La caratteristica sfruttata da chi produce boccole è la naturale porosità del
pezzo.
Sfruttando questa porosità è possibile,
tramite un’immersione in bagno d’olio,
rendere le boccole lubrificate a vita!
Un vantaggio non trascurabile se si
pensa al tipo di impiego di questi
prodotti.
La porosità, portata all’eccesso dall’utilizzo di
polveri a granulometria elevata, è sfruttata
anche da chi produce filtri (principalmente per
impianti pneumatici).

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Per quanto riguarda la realizzazione di
’ingranaggi, la caratteristica più sfruttata
del sinterizzato è, oltre chiaramente
all’economicità, l’ottima resistenza ad
usura della dentatura.
Anche per il mercato delle serrature
il sinterizzato è stato, ed è tuttora,
una valida soluzione per svariati
componenti.
Anche in questo caso l’alta
resistenza all’usura è uno dei motivi
per cui viene scelto come processo
tecnologico. Il secondo motivo è
legato alla possibilità di ottenere
sagome sia esterne che interne
molto complesse a costi ridotti.
È logico pensare che, oltre alle applicazioni sopra riportate, i pezzi sinterizzati
abbiano molte altre applicazioni pratiche.

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CAMPI DI APPLICAZIONE ALTERNATIVI
Fondamentalmente, ove sia necessario avere delle geometrie complesse sul
piano x-y del pezzo, il sinterizzato è un’ottima soluzione in quanto può
garantire grandi vantaggi economici.
In questi anni abbiamo intrapreso un’attività di consulenza verso le aziende con
cui siamo entrati in contatto.
Abbiamo infatti, volutamente, ridotto il nostro impegno, sia di marketing che
commerciale, verso quelle aziende che, per la loro tipologia di prodotto,
utilizzavano da anni con soddisfazione il sinterizzato.
Abbiamo preferito consigliare il sinterizzato a chi, per varie ragioni, non aveva
mai avuto modo di valutarlo come alternativa ai propri progetti.
Il processo non è stato semplice, né tantomeno rapido. Questo perché, come
per ogni innovazione, la difficoltà più grande è farne capire i benefici a chi non
l’ha mai utilizzata.
Prima di poter proporre il sinterizzato a nuovi potenziali utilizzatori con
esigenze molto diverse dagli abituali, abbiamo dovuto chiaramente modificare
anche il nostro modo di “servire” i clienti.
Cosa intendo?
Fino ad alcuni anni fa, produrre poche migliaia di pezzi l’anno in sinterizzato
non era consigliato.
Innanzitutto, per l’investimento in stampi, che spesso non era riassorbibile in
lotti troppo bassi.
Un altro motivo erano le strutture e le metodologie di produzione utilizzate da
chi sinterizzava.
Soprattutto le aziende di dimensioni considerevoli che operavano nei settori i
cui esempi sono riportati sopra, richiedevano lotti importanti per essere
performanti sui costi di produzione.

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L’eventuale produzione di piccoli lotti non era di semplice gestione. Spesso,
infatti, le aziende erano costrette a rinunciare ai lavori che ritenevano di serie
“B”.
Anche le aziende interessate alla sinterizzazione, ma con lotti non importanti,
snobbavano la tecnologia, consce della scarsa appetibilità verso i potenziali
fornitori. Anche se riuscivano ad ottenere un’offerta, spesso era troppo onerosa
per portare avanti la produzione con questa tecnologia.
L’alternativa tipica in quel periodo, per lotto bassi, erano i centri di lavoro.
Sicuramente non economici, ma che non richiedevano investimenti in stampi.
Negli ultimi anni, come accennavo, alcune aziende sinterizzatrici, tra cui la
nostra, hanno migliorato i processi produttivi rendendoli più performanti verso
i lotti più bassi.
È innegabile che questi sforzi sono stati fatti anche perché, come è logico
pensare, molti dei lavori svolti in passato su lotti importanti sono stati, nostro
malgrado, spostati all’estero in paesi in cui risulta più economico produrre.
In casi del genere è necessario rivedere i propri modelli di business per
sopravvivere e adeguarsi a quello che il mercato lascia a tua disposizione.
Un ottimo esempio di quello che ti sto dicendo è riassunto nella tabella di
seguito. L’ingranaggio preso in esame era prodotto da anni tramite
asportazione di truciolo (tornitura e successiva dentatura più altre lavorazioni).

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Questo processo era necessario non tanto per garantire tolleranze molto
ristrette necessarie per l’utilizzo finale ma, più semplicemente, perché i lotti
produttivi superavano di poco le 2.000 unità l’anno.
ASPORTAZIONE DI TRUCIOLO METALLURGIA DELLE POLVERI
% costi % costi
Materiale (40% di scarto) 16 Materiale (6% di scarto) 10
Lavorazioni meccaniche 11 Pressatura 4
Brocciatura 4,5 Sinterizzazione 5
Fresatura denti (creatore) 48
Tempra 1,8 Tempra 1,8
Burattatura 0,5 Burattatura 0,5
Controllo 0,2 Controllo 0,2
Utensileria/materiali 18 Utensileria/materiali 10
Totale 100 Totale 31,5
I costi, in percentuale, di un ingranaggio realizzato da centro di lavoro CNC ci
sono stati forniti come paragone dal nostro cliente, che in passato lo realizzava
internamente.
Sfortunatamente non abbiamo potuto utilizzare un robot per lo scarico dei
pezzi in quanto il lotto era troppo basso.
Abbiamo però optato per un automatismo meccanico per lo spostamento dei
pezzi dal piano di stampaggio alla cassetta di stoccaggio pre-sinterizzazione.
Questo ci ha permesso di “risparmiare” l’intervento umano per quasi tutto il
processo produttivo di stampaggio. Siamo stati così in grado di abbattere
notevolmente i costi.

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VANTAGGI DEL PROCESSO
Stai tranquillo, cercherò di essere il più obbiettivo possibile. Anche se di
sinterizzato ci vivo 😉.
A dimostrazione del fatto che questo non è un ebook in cui tesso solo le lodi
del sinterizzato, dopo questo paragrafo potrai leggere “I limiti del processo”.
• Porosità (utile per infiltrazioni in olio, garantendo la lubrificazione
perenne del pezzo)
• Peso, ma poco influente per me
• Ripetibilità delle grandi serie
• Tecnologia verde – poco speco e bassa energia perché non fondiamo
• Finitura superficiale buona
• Smorzamento delle vibrazioni per la porosità
• Forme complesse
LIMITI DEL PROCESSO
La sinterizzazione, come ogni processo tecnologico, offre svariati vantaggi da
un lato, ma ha dei limiti.
Questi limiti sono, logicamente, ben conosciuti da chi opera nel campo e, senza
nessuna remora ti indicherò quelli più importanti.
I limiti principali sono dovuti al tipo di stampo utilizzato per la pressatura della
polvere.
Questi stampi, come ti ho descritto qualche pagina fa, sono relativamente
semplici.
Non hanno quindi carrelli mobili per la realizzazione di fori, gole o altre sagome
“sottosquadra”.

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Se da un lato questa mancanza rende più economici gli stampi, dall’altro
logicamente, rende il pezzo finale “incompleto” in alcuni casi.
A volte il problema è ininfluente, o comunque di lieve entità.
Ad esempio, se in un particolare è necessario un foro trasversale filettato, sarà
necessario riprenderlo per la filettatura.
Avendo quindi già il pezzo in macchina per la filettatura, il foro avrà un costo
limitato.
Al contrario, se il foro non è filettato, e quindi dobbiamo realizzarlo
successivamente alla sinterizzazione su CNC, avremo un costo, spesso più alto
del particolare stesso sinterizzato.
Il motivo è di per sé scontato, riprendere uno alla volta i particolari prodotti
comporta un aggravio di costi molto elevato.
La porosità è un pregio/limite dei prodotti sinterizzati.
Da un lato, come accennato precedentemente, è sfruttata per rendere i
particolari sinterizzati lubrificati.
Dall’altro, può essere complice della minor tenuta a trazione dei pezzi
sinterizzati.
Infatti, il comportamento dei sinterizzati a trazione è molto diverso dai
particolari ricavati da trafilato in quanto hanno un minor allungamento a
rottura.
Come potrai immaginare, ora che conosci le mille astuzie dei sinterizzatori,
nulla è però perduto. Infatti, è possibile ovviare almeno in buona parte a questo
limite sfruttando la stessa porosità per far “assorbire” al pezzo della quantità di
rame prestabilita durante il passaggio in forno.
Questo processo, detto infiltrazione in rame, è in grado di migliorare le
caratteristiche meccaniche del pezzo, aumentandone la sezione resistente.

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Non posso nasconderti, per essere onesto fino in fondo che, quest’ultimo
processo che ti ho descritto ha un costo importante.
Soprattutto per due ragioni:
• il costo del rame
• la lavorazione del pezzo in rame per garantirne il posizionamento in
modo corretto prima di entrare in forno (vedi foto)
Le parti in rame sono infatti realizzate “su misura” sia in termini di peso che di
forma.
Questa operazione, realizzata da alcuni fornitori esterni, permette di avere a
disposizione un pezzo in rame che può essere posizionato in maniera
semplice e stabile, sul pezzo sinterizzato.
La semplicità di posizionamento contribuisce ad abbassare i costi, visto che
tale operazione avviene in modo manuale. La stabilità è necessaria per evitare
che il pezzo in rame si stacchi in fase di movimentazione e, nel caso peggiore,
vada a posizionarsi tra più pezzi saldandoli tra loro. Quest’eventualità li
renderebbe inservibili e quindi da rottamare.

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TOLLERANZE
Le tolleranze ottenibili dai particolari sinterizzati sono, logicamente, influenzate
dalle dimensioni del pezzo e dalla sua geometria.
Se proprio vogliamo indicare dei valori medi, non esaustivi ma almeno indicativi
per l’ordine di grandezza, possiamo parlare di 0,1/0,2 mm sull’asse y; cioè
l’altezza del pezzo (asse parallelo ai punzoni della pressa).
Per quanto riguarda la vista in pianta, l’X-Y per intenderci, le tolleranze posso
essere anche centesimali (0,05 mm) ma, come accennato sopra, la tipologia di
pezzo, e anche il materiale impiegato, posso variare questa tolleranza.
Per quanto riguarda le rugosità, a differenza da quanto molti pensano, le facce
dei pezzi sinterizzati risultano molto “lisce”.
È presente una differenza, anche marcata, tra le facce superiore e inferiore (a
contatto con i punzoni) e le facce laterali del pezzo, che “sfregano” sulla matrice
in fase sia in fase di compressione che di espulsione del pezzo.
A livello accademico i pezzi sinterizzati hanno una rugosità che varia tra (Ra)
0,8 e 1,6.
Ora credo avrai abbastanza chiaro quello che è la sinterizzazione e se può
essere adatta ai tuoi particolari.
Vorrei concludere questa lettura con qualche storia che ci riguarda, fatti
veramente accaduti a me e ai miei collaboratori.
Ma soprattutto pezzi che abbiamo veramente realizzato, alcuni sono ancora in
produzione.

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CASE HISTORY
Il RAGNETTO
Non esiste subfornitore, di qualsiasi tecnologia, che, guardando il disegno di
un cliente, in preda all’ancestrale istinto umano del “combatti o fuggi”, non
abbia scelto la seconda.
Come sicuramente immaginerai è successo anche a me!
Il disegno del particolare che vedi
fotografato a sinistra, mi aveva quasi
fatto cadere dalla sedia.
La mia prima risposta è stata:
” Impossibile da realizzare in
sinterizzato”, seguito da “Ma sapete
cosa vuol dire movimentare quelle
‘gambette’ da un millimetro per tre,
alte sette? Stiamo parlando di polvere
compressa”.
Come puoi vedere dalla foto, quel disegno è diventato un pezzo sinterizzato.
Non voglio annoiarti su come siamo riusciti a movimentarlo, ma soprattutto
non me ne volere, è un segreto industriale che non ti posso svelare.
Ti posso però assicurare che non ci ho dormito per qualche notte.
Ma come mi sono imbattuto nel “ragnetto”?
Ragnetto, hai letto bene. È il vezzeggiativo scherzoso che abbiamo dato a
questo pezzo all’interno della nostra azienda.
Tutto è cominciato qualche anno fa, se non ricordo male era la fine del 2016.
Ci stiamo dirigendo verso il triveneto, più precisamente in un paese alle porte
di Vicenza.

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L’area, come quasi tutto il Veneto, pullula di realtà imprenditoriali che sono, a
mio modesto parere, parte integrante della locomotiva di questa nazione.
Io e il mio collaboratore siamo stati convocati da un nostro cliente. Lavoriamo
con loro da poco più di un anno ed entrambi siamo molto soddisfatti di questa
collaborazione.
Arrivati a destinazione veniamo accolti dal responsabile della ricerca e sviluppo
e dal responsabile acquisti.
Dopo i classici convenevoli, e quattro chiacchiere alla macchina del caffè, ci
rechiamo in sala riunioni dove, a nostra insaputa, ci troviamo di fronte il
Presidente.
Arrivati a questo punto vorrei fare una precisazione.
A capo di quest’azienda c’era, come per molte realtà del nordest, e non solo, il
Padrone.
Come molti altri titolari d’azienda di quell’area, è un personaggio carismatico.
Personalmente non posso che provare grande ammirazione per imprenditori
come lui, per quanto sono riusciti a realizzare nel periodo del dopoguerra.
Come tutti loro, anche lui è caparbio, e non accetta un banale: “Non si può
fare”, come risposta.
Dopotutto, se non fossero stati così, non sarebbero riusciti a portare un paese
distrutto dalla guerra a diventare una delle nazioni più importanti del mondo a
livello industriale (almeno fino a qualche anno fa).
Al tavolo della riunione c’è quindi anche lui.
“Chissà perché si è scomodato per questo incontro?” penso.
Nelle precedenti visite lo avevamo solo intravisto e, raramente, avevamo avuto
modo anche solo di salutarlo.
Non perché non fosse una persona disponibile o troppo piena di sé, anzi, ma
solo perché sempre di corsa ed indaffarato.
Nonostante l’età, era ancora il più attivo in azienda, null’altro da aggiungere.

26
Ansioso di arrivare al punto, come ad una partita di carte, dopo averci guardato
negli occhi con aria di sfida, cala il suo asso. Fino a quel momento nascosto
all’interno di una cartelletta.
L’asso era rappresentato da un disegno in formato A4. Solo un paio di viste e
due particolari del pezzo ingranditi. A colpo d’occhio nulla di difficile.
Poi, guardandolo più attentamente, noto la classica vista in scala 1:1 in un
angolo in basso sopra al cartiglio.
Sfortunatamente, essendo in prospettiva, non dava bene l’idea del pezzo, ma
una cosa era certa: era molto piccolo.
L’ingegnere che era con me, responsabile del nostro ufficio tecnico prende il
disegno e lo guarda velocemente per pochi secondi, sgrana gli occhi e inizia a
muovere la testa lentamente in un gesto di diniego inequivocabile.
Lasciando ricadere il disegno sul tavolo, si appoggia allo schienale della sedia
e, alzando le braccia come in segno di resa, fredda tutti con: “Impossibile da
fare di sinterizzazione, mi spiace”.
Come ho premesso prima, è difficile dire di ‘NO’ a certe persone. E così fu.
È proprio grazie all’entusiasmo e alla voglia di provare del Presidente che, dopo
quasi un’ora di discussione su come avremmo potuto almeno provarci,
abbiamo accettato.
Inizialmente eravamo spaventati dalle dimensioni molto ridotte del pezzo, ma
soprattutto di alcune sue parti.
Nulla di esageratamente piccolo, se si pensa a quello che viene realizzato per
oggetti come gli orologi, ma ricorda che noi comprimiamo POLVERE...e fino a
che non lo passiamo in forno e ricreiamo un legame solidale tra le particelle,
abbiamo per le mani polvere compressa.
Non credo ci sia quindi bisogno di spiegarti come risulti difficile anche solo
movimentare questi pezzi, dalla fase di compressione al forno.

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Per nostra fortuna siamo riusciti nell’impresa, e abbiamo dato soddisfazione al
nostro cliente, ma soprattutto al Presidente.
Un grazie personale a lui e a tutti gli imprenditori come lui che, ancora oggi,
nonostante potrebbero tranquillamente godersi il meritato riposo, continuano
ad avere quella innata voglia di andare oltre i limiti.
Per noi, oltre ad una sfida vinta, altro know-how sulla sinterizzazione.
Soprattutto di particolari di nicchia, che molti altri nemmeno prendono in
considerazione.

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LE PIATTINE
Come per il particolare precedente, anche questo particolare era al limite.
La prima risposta è stata la stessa data alla richiesta di produzione del Ragnetto:
“Impossibile!”.
A lato una delle due piattine
realizzate.
Come è possibile notare lo spessore
è veramente irrisorio.
Il problema, come per il ragnetto, non
è lo spessore in senso assoluto. Lo
spessore infatti, in molte tecnologie,
non è un problema.
Nei particolari sinterizzati, o per essere precisi, non ancora sinterizzati ma solo
compressi, è un grande problema.
La polvere, come ormai hai sicuramente capito, è sì compressa da molte
tonnellate ma, nostro malgrado, può tornare polvere alla prima pressione.
Il problema infatti è legato alla movimentazione del particolare dalla pressa, al
forno per sinterizzarlo.
Non ci sono manuali o studi su come provvedere a questi processi di
“handling”, il tutto è lasciato all’esperienza, ai tentativi e, ahimè, agli errori.
Come puoi vedere dalla fotografia, anche questa volta, grazie a vari tentativi
(alcuni anche fallimentari) siamo stati in grado di fornire i pezzi finiti al cliente.
Visto che ti ho svelato in anticipo che siamo riusciti nell’impresa, risponderò
alla domanda che di sicuro ti ronza in testa da quando hai visto la foto: “Perché
realizzare in sinterizzato un pezzo del genere?”.
Effettivamente, sembra quasi un atto masochistico! Perché dunque puntare sul
sinterizzato?

29
Le risposte sono legate, logicamente, alle richieste tecniche del cliente.
Tanto per iniziare la precisione dei fori, il lotto produttivo e l’assenza di bave.
Andiamo con ordine.
Le tolleranze dei fori erano molto ristrette. L’unica alternativa per il cliente
poteva essere la tranciatura fine.
Ottima soluzione, ma lasciava delle bave difficili da eliminare, che avrebbero
poi causato problemi in fase di assemblaggio e di utilizzo.
Il taglio laser poteva essere una soluzione, ma, per nostra fortuna, il lotto
produttivo era medio/alto e il tempo necessario per ricavare il perimetro e i vari
fori con il taglio laser era troppo lungo per essere conveniente.
Queste problematiche hanno portato alla scelta del sinterizzato.
Scelta che, di primo acchito, abbiamo cercato di demotivare non credendo
possibile la movimentazione del pezzo.
Anche in questo caso, visto il costo irrisorio che il pezzo avrebbe avuto se
fossimo riusciti a trovare il modo per movimentarlo, se paragonato ad altre
tecnologie, ha portato il cliente a “investire” in uno stampo anche senza le
necessarie garanzie da parte nostra.
Siamo contenti di aver vinto un’altra sfida, a prima vista impossibile.

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IL GANCIO
Finalmente una storia, semplice.
Il particolare a lato, a differenza di
quelli precedenti, risulta essere il
tipico componente che si presta alla
sinterizzazione.
Sagoma esterna complicata, facce
superiore ed inferiore piane, spessore
adeguato alla movimentazione.
Niente di meglio per un
sinterizzatore.
Anche in questo caso, una valida alternativa alla sinterizzazione poteva essere
il taglio laser da lastra.
Per nostra fortuna, il lotto importante e un’area smussata nella parte larga
inferiore (che puoi notare sulla sx della foto), ha fatto optare il cliente per una
soluzione diversa.
Il vero problema, in questo caso, era la scarsa fiducia del cliente verso la nostra
tecnologia a causa della porosità tipica del sinterizzato.
Il dubbio principale era legato alla resistenza meccanica e, alla durata nel tempo
del “becco” sottoposto a sfregamento e quindi ad usura.
Per quanto riguarda la resistenza meccanica, valutata l’applicazione finale,
abbiamo dato per certo la capacità del sinterizzato di svolgere il compito in
maniera corretta.
Abbiamo notato che il cliente non sembrava convinto, dopotutto avrebbe
dovuto investire in uno stampo, e non era certo del risultato.
Come ovviare a questo problema, semplice: realizzando un campione.
Com’è possibile realizzare un campione sinterizzato senza fare uno stampo?

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Solitamente, se il pezzo da realizzare è di dimensioni adatte ad essere ricavato
da dei masselli da noi realizzati con appositi stampi, forniamo uno sbozzato
con dimensioni maggiori del pezzo in modo che il cliente possa ottenere il
pezzo tramite lavorazione meccanica a CNC.
Questo ha permesso al nostro cliente di preparare qualche pezzo che ha poi
sottoposto a prove meccaniche di resistenza ed usura.
Ci ha chiamato pochi giorni dopo e, come lui temeva, aveva notato un’eccessiva
usura nella parte sottoposta a sfregamento sotto il “becco” del gancio.
A suo giudizio, un’usura del genere dopo quel numero di cicli non era
accettabile per l’applicazione finale.
Dopo aver valutato il problema, il materiale utilizzato e alcuni altri fattori, ci
siamo offerti di realizzare altri sbozzati che il cliente avrebbe nuovamente
lavorato a CNC ma, questa volta, dopo la lavorazione abbiamo consigliato di
effettuare un trattamento termico per rendere ancor più resistente la parte
maggiormente sottoposta a sfregamento.
Conoscendo le caratteristiche meccaniche dei nostri materiali e la loro risposta
a processi di tempra successivi, abbiamo atteso abbastanza serenamente
nuove notizie dal cliente.
Dopo qualche settimana, abbiamo ricevuto la visita del cliente. Era molto
soddisfatto delle prove e voleva produrre quanto prima.
Il trattamento termico aveva dato i risultati sperati.
Abbiamo quindi iniziato subito la progettazione dello stampo. Ancora una volta
abbiamo vinto lo scetticismo verso il sinterizzato, dando al cliente modo di
provarlo di persona, ancor prima di aver investito in stampi.

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IL BLOCCA SERRAMENTI
Un’altra storia, non semplice, che abbiamo affrontato.
Il particolare a lato, come molti altri,
è stato una sfida non indifferente
per noi.
In questo caso il pezzo è in acciaio
inossidabile (AISI 316). È di piccole
dimensioni, e presenta vari salti di
spessore.
Come puoi leggere dal titolo sopra, siamo passati ad un altro mercato per noi
importante, anche se non avvezzo all’utilizzo della tecnologia della
sinterizzazione: il mondo dei serramenti.
Nello specifico si tratta di vetrate continue, non semplici finestre, ma poco
cambia.
Anche per questa tipologia di serramenti esistono delle piccole parti
meccaniche, invisibili ai più, che hanno comunque una grande importanza:
tenere insieme le varie parti e farle lavorare bene tra loro. Sono solitamente
nascosti nei profili di alluminio che compongono i serramenti.
Abbiamo conosciuto il progettista di questo componente, e di tutta la struttura
(una finestra con apertura a ribalta), ad una fiera fatta qualche anno fa.
Era in difficoltà, la deadline del progetto si avvicinava e non aveva ancora
trovato soluzione per questo componente.
Come spesso aveva fatto, si era affidato per tutte le parti meccaniche a corredo
della struttura ad un fornitore abituale che utilizzava la tecnologia della
pressofusione della zama.
Come sempre non aveva avuto nessun problema per il 99,5% della
componentistica, tranne questo particolare.
Dopo aver investito nello stampo e fatto i primi campioni si erano resi conto
che, in un’applicazione “al limite”, questo particolare in zama si rompeva con
problemi non indifferenti.

33
Lo scopo di questo pezzo, insieme ad atri come lui (se non ricordo male circa
8 o 10), era quello di sorreggere una finestra a ribalta che nella sua massima
misura risultava veramente gravosa per la resistenza del pezzo.
Il vero problema però era di sicurezza, infatti la finestra da sola non rompeva il
particolare ma, per omologazione del prodotto, era necessario verificare che,
anche nel caso una persona si fosse appoggiata alla finestra aperta,
quest’ultima non si fosse staccata con conseguenze che ti lascio immaginare.
Per farla breve, le prove di laboratorio erano state un disastro, e con la scadenza
di progetto alle porte il problema era ancora più grave.
Abbiamo subito assicurato che, come già il cliente immaginava, la resistenza di
un pezzo sinterizzato in acciaio era molto più alta del pezzo in zama.
Quest’ultimo materiale, che ha innumerevoli pregi, non può però vantare la
resistenza meccanica di un acciaio legato.
Il pezzo non era semplicissimo, a causa dei salti di spessore, ma di certo non
impossibile. Abbiamo chiaramente messo le mani avanti sul fatto dell’utilizzo
dell’acciaio inox, per evitare i problemi di inossidabilità cui ti accennavo in
precedenza.
Per nostra fortuna il pezzo non aveva valenze estetiche avendo anche una
posizione nascosta all’interno dei profili in alluminio.
Lo stampo era arrivato nei tempi prestabiliti e avevamo stampato una prima
campionatura senza particolari problematiche. Il cliente aveva provato i
campioni e confermato il primo lotto produttivo in breve tempo.
Tutto sembrava essere andato per il meglio, ma ecco l’imprevisto. Dopo pochi
mesi dalla consegna del lotto di produzione arriva una chiamata dell’ingegnere
incaricato del progetto.
Per riassumerla in poche parole: “I pezzi si rompono!”.
Ma come era possibile?
Dopo aver analizzato il problema con il cliente siamo arrivati a capire il motivo
della rottura.

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Il pezzo presentava una zona che doveva essere ribadita con
un’apparecchiatura apposita.
Durante le prove fatte nel laboratorio del cliente nessun problema.
Al contrario, dal terzista che effettuava gli assemblaggi finali per il nostro
cliente, in questa fase di lavorazione si presentava il problema su un numero
elevatissimo di pezzi.
Cos’era cambiato? L’attrezzatura utilizzata.
Quella presente dal nostro cliente effettuava la ribaditura appoggiandosi sul
pezzo e deformandolo con un movimento orbitale e di pressione
contemporanea.
L’attrezzatura utilizzata dal terzista deformava il collare da ribattere con una
serie di colpi.
Uno dei limiti del sinterizzato, come accennato all’inizio della lettura, è proprio
il suo minor allungamento a rottura.
L’utilizzo di questa apparecchiatura, che tramite dei colpi secchi deformava il
materiale, aveva generato le rotture dei pezzi.
Non ti nascondo che per qualche settimana abbiamo brancolato nel buio alla
ricerca di cosa era andato storto.
Abbiamo provato e riprovato, anche nella sede del cliente, a ribattere i pezzi e
mai si erano generate crepe o peggio ancora rotture.
Anche in questo caso, per nostra fortuna, il sinterizzato non era il problema.

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CONCLUSIONI
Come avrai già intuito leggendo questo breve testo sulla sinterizzazione e sulla
nostra realtà, l’utilizzo della sinterizzazione è un’opportunità che va
quantomeno valutata in fase di progetto.
Non tutti i componenti, come è logico, si prestano a questa tecnologia.
Ma, se il pezzo è stampabile e non richiede successive riprese, salvo filettature,
riteniamo questa tecnologia molto valida ed economica.
I migliori risultati si ottengono, chiaramente, se esiste un dialogo già in fase di
progettazione tra l’R&D e il fornitore.
Alcuni accorgimenti, anche piccoli, frutto dell’esperienza di chi sinterizza da
anni possono fare la differenza tra un pezzo realizzabile a basso costo e uno
non fattibile o che necessita di riprese molto costose.
Sono a vostra disposizione per valutazioni dei vostri progetti, così da capire
insieme se possono diventare dei particolari sinterizzati.
Ti ringrazio per aver avuto la pazienza di arrivare fin qui.
La meccanica è la mia grande passione fin da bambino, credo lo sia anche per
te.
Ho quindi la fortuna di fare un lavoro che, sembra strano dirsi, mi diverte e mi
pone di fronte a sfide ogni giorno. Sfide che arrivano grazie a progettisti come
te, che cercano sempre di portarsi oltre il limite, di trovare nuove strade e nuove
opportunità.
Solo così l’uomo ha potuto evolversi nei millenni.

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Realizzato da
Franco Biella,
grazie alla collaborazione con tutto lo staff della

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SUGGERIMENTI DI LETTURA
Come promesso ad inizio lettura, se vuoi approfondire i vari aspetti della
sinterizzazione, qui sotto puoi trovare alcuni testi che ti suggerisco:
Titolo Metallurgia delle polveri: criteri di progettazione e di controllo
Autore Enrico Mosca
Collaboratore Associazione industriali metallurgici meccanici affini (Italy)
Editore Eda, 1983
Lunghezza 109 pagine
Titolo Powder Metallurgy
Curatore Didier Bouvard
Editore ISTE/Hermes Science Publishing, 2007
ISBN 1905209789, 9781905209781
Titolo Powder Metallurgy Research Trends
Autori Lotte J. Smit, Julia H. Van Dijk
Curatori Lotte J. Smit, Julia H. Van Dijk
Edizione illustrata
Editore Nova Science Publishers, 2009
ISBN 1604568526, 9781604568523
Titolo Powder metallurgy: applications, advantages, and limitations
Autori Erhard Klar, American Society for Metals. Powder Metallurgy Committee
Curatore Erhard Klar
Editore ASM, 1983
Provenienza dell'originale la University of Michigan
Digitalizzato 18 dic 2007
ISBN 0871701545, 9780871701541

Sinterizzazione delle polveri

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