Caso applicativo: Strumenti a perdere per la fabbricazione di parti in composito
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CASO APPLICATIVO Panoramica La fabbricazione di parti in composito cave e complesse è sicuramente un processo difficile e particolare. Per creare cavità nelle strutture in composito quando sono richieste finiture lisce delle superfici interne e una costruzione senza giunzioni si utilizzano generalmente le cosiddette "anime". A seconda della geometria della parte in composito, la rimozione dell'anima non è sempre facile e potrebbero essere richiesti strumenti a perdere o anime più complesse, solubili o sgonfiabili. La tecnologia attuale per gli strumenti a perdere utilizza sali eutettici, ceramica, poliuretano fuso o materiali analoghi. Queste opzioni presentano diverse sfide: • Difficoltà di gestione dovute alla fragilità dei materiali • Necessità di attrezzature aggiuntive per la produzione • Limitazioni nella creazione di specifiche geometrie, a causa dei metodi di produzione o rimozione Un modo per evitare questi inconvenienti è creare le strutture in composito utilizzando stampi a guscio. Questo processo prevede la realizzazione in parallelo delle due metà della parte in composito, che vengono quindi congiunte per creare la struttura cava. Se è disponibile un accesso sufficiente all'interno di uno stampo a guscio chiuso, è possibile aggiungere strati di materiale composito in corrispondenza dell'interfaccia delle due metà per la giunzione in situ. Per geometrie più complesse con accesso limitato, occorre prima indurire le due metà e quindi congiungerle insieme in una fase di lavorazione successiva. Questo processo secondario richiede un tempo di lavorazione aggiuntivo e a volte anche attrezzature supplementari, con una giunzione che può indebolire la parte o richiedere adesivi strutturali. Gli strumenti a perdere realizzati con la tecnologia FDM® (modellazione a deposizione fusa), utilizzando un materiale termoplastico solubile proprietario chiamato ST-130™, facilitano enormemente il processo di produzione di parti in composito complesse con cavità interne. Gli strumenti a perdere FDM permettono di produrre una parte in composito senza giunzioni. L'anima viene creata senza strumenti di supporto aggiuntivi e viene rimossa senza intervento dell'operatore, con una riduzione dei tempi complessivi dalla progettazione della parte alla sua realizzazione. I VANTAGGI DI FDM » Nessuno strumento di lavorazione preliminare richiesto • Rimozione senza intervento dell'operatore dell'anima dopo il consolidamento della parte • Resistenza ad alti livelli di temperatura e pressione • Minimo intervento di manodopera richiesto per la preparazione degli stampi • Possibilità di creare parti complesse cave in un singolo pezzo • Costruzione robusta e in grado di resistere a forti sollecitazioni • Riduzione del tempo dalla progettazione alla costruzione della parte da mesi a pochi giorni • Stabilità dimensionale del materiale APPLICAZIONI IDEALI PER FDM • Strutture in composito complesse, con cavità e senza giunzioni (in un unico pezzo) • Parti con requisiti di finitura delle superfici interne • Volumi di produzione ridotti per l'adeguatezza economica • Parti non sensibili a stampi con un più alto coefficiente di espansione termica (CET) • Brevi tempi di lavorazione Produzione compositi • Indurimento fino a 121 °C (250 °F) senza pressione • Pressioni di indurimento fino a 90 psi con temperature <210 °F (98 °C) • CET circa sei volte più alto dell'alluminio THE 3D PRINTING SOLUTIONS COMPANY™

Schema di applicazione Per strumenti a perdere FDM si inizia progettando lo strumento (in questo caso l'anima o il mandrino) sulla base del disegno della parte finale in composito. Lo strumento a perdere è progettato per riempire l'interno della parte e può includere linee di taglio o elementi di posizionamento. Lo strumento a perdere viene quindi elaborato con il software Insight™ (Figura 1), che usa un motivo di riempimento personalizzato sviluppato specificatamente per questo materiale per promuovere il flusso del fluido durante la rimozione. Il riempimento interno a perdere fornisce...

Dimostrazione applicativa La parte mostrata in questo caso applicativo è un esempio di implementazione di strumenti a perdere. Si tratta di un collettore di aspirazione per i freni usato in auto da corsa per convogliare l'aria dal paraurti frontale ai freni e raffreddare così pinze e rotori proteggendoli dalla grande quantità di calore di frenatura generato durante la gara. La Figura 4 mostra la posizione del collettore sul veicolo. Il collettore necessitava di una finitura delle superfici interne liscia per agevolare il flusso d'aria ed era troppo piccolo per essere costruito utilizzando...