STAMPA 3D NEL MOTORE A 2T
Quando parliamo di nuove tecnologie e di nuovi orizzonti progettuali, ci riferiamo in
particolare alle tecnologie additive, più comunemente note come stampa 3D. Un
termine che oggi sembra familiare a molti, ma che spesso nasconde un mondo
molto più complesso ed affascinante di quanto si pensi.
Infatti, la stampa 3D professionale nel settore motoristico si basa su tecnologie molto
diverse rispetto alle stampanti domestiche. Oggi vogliamo raccontarvi le 5 principali
tecnologie additive che utilizziamo e che stanno rivoluzionando il nostro modo di
progettare e produrre componenti, passando dalla cera, alla sabbia, fino ad arrivare
al titanio.
Prima di entrare nel dettaglio delle singole tecnologie, è importante sottolineare
alcuni vantaggi fondamentali offerti dalla stampa 3D in generale: nuovi limiti
costruttivi, tempi di sviluppo drasticamente ridotti e libertà progettuale senza
precedenti.
Nuove forme e geometrie realizzabili
Per quanto in passato si sia riusciti a realizzare praticamente tutto, grazie all'ingegno
ed alla manualità straordinaria degli artigiani di vecchia scuola, la produzione su
larga scala ha sempre imposto limiti dettati dagli stampi.
Che si trattasse di cilindri, carter, collettori, carburatori o pacchi lamellari, ogni
componente metallico complesso era, e spesso viene ancora oggi, realizzato a
partire da uno stampo.
Gli stampi, a loro volta, sono prodotti in metallo o altri materiali, e da decenni sono
stati costruiti manualmente, con legno, metallo o resina. Più recentemente, sono
stati lavorati con macchine CNC.
Oggi però, anche la realizzazione degli stampi stessi si affida sempre più alla
stampa 3D , in tutti i settori industriali.
In alcuni casi, la tecnologia permette addirittura di eliminare completamente l'uso di stampi, producendo direttamente il componente finale.
Un limite fondamentale degli stampi è la necessità di “sformare” il pezzo, ovvero
estrarlo dal negativo senza danneggiarlo. Questo vincolo impedisce di realizzare
oggetti cavi e completamente ermetici, strutture reticolari e geometrie concave e
convesse su più assi.
Un esempio concreto? Il guidaflussi presente sulla nostra homepage: un
componente praticamente impossibile da realizzare con stampaggio a iniezione
classica, proprio a causa della sua complessità geometrica.
Inoltre, gli stampi per fusione in conchiglia o iniezione possono costare anche
centinaia di migliaia di euro, rendendo economicamente insostenibile la produzione
di prototipi con tecniche tradizionali. Spesso, l'unica alternativa è la lavorazione
manuale, che comporta tempi lunghissimi e scarsa ripetibilità.
Uno dei vantaggi più importanti della stampa 3D è la drastica riduzione dei tempi di
sviluppo: aggiornare un disegno, ristampare il pezzo, montarlo e testarlo può
richiedere giorni, anziché settimane o mesi.
Questo consente di eseguire numerosi cicli di test e miglioramenti in tempi
ridottissimi, con un grado di libertà progettuale impensabile fino a pochi anni fa.
Vediamo ora 5 utilizzi diversi della stampante 3D nel motore a 2t:
STAMPA 3D IN METALLO
Questa tecnologia si sta rapidamente affermando come alternativa alla lavorazione
CNC a 5 assi per la produzione di componenti piccoli e medi.
Permette di ottenere geometrie complesse, con un rapporto peso/robustezza senza
precedenti.
È utilizzata anche per la produzione di interi motori, grazie alla disponibilità di leghe
come AlSi10, perfetta per realizzare cilindri ed altre parti ad alte prestazioni. Il
materiale stampato non richiede ulteriori trattamenti e garantisce proprietà
meccaniche comparabili a quelle di un pezzo ricavato dal pieno o fuso.
Stampa 3D di anime silicee in sabbia
Conosciuta anche come fusione in rapid prototyping, questa tecnologia ha
rivoluzionato la produzione di cilindri e componenti fusi ad alte prestazioni,
soprattutto nel mondo 2t.
Permette di creare anime monolitiche in sabbia direttamente dal disegno CAD,
senza limiti geometrici.
Prima, le anime venivano realizzate unendo più parti da controstampi, con risultati
spesso imprecisi e laboriosi, oggi è lo standard per i prototipi e le piccole serie.
Nessuna azienda che sviluppa cilindri ad alte prestazioni può farne a meno.
Queste tecnologie, così vantaggiose e giovani, rappresentano l’eccellenza in questo
ed in altri settori del futuro.
Vantaggi principali:
● Costi e tempi drasticamente ridotti
● Geometrie complesse senza controstampi
● Alta precisione e ripetibilità
Un cilindro realizzato con questa tecnologia costa meno di uno stampato in metallo,
ma richiede più lavoro e tempi di preparazione leggermente superiori.
Può essere utilizzato sia per l’interno che per l’esterno, quest’ultimo però, può
essere creato anche tramite sistema classico con un modello stampato in 3D con
tecnologia FDM o SLA, che vi presentiamo di seguito.
FDM e SLA
SLA (stampa a resina)
Offre la miglior finitura superficiale ed il miglior dettaglio, ma presenta limiti in termini
di resistenza meccanica e costi dei materiali tecnici.
La utilizziamo per:
● Stampi dimostrativi
● Inserti non sottoposti a sforzi meccanici
● Componenti come il guidaflussi, con materiali a (e?) catalizzatori resistenti a
oli, idrocarburi e temperatura di esercizio
FDM
Con un’importante presenza di materiali plastici, è la più economica e versatile. Offre
una buona resistenza meccanica con materiali standard, ma una finitura superficiale
inferiore e difficoltà nel gestire geometrie complesse per via dei supporti. Non adatta
all’uso prolungato con benzina o alte temperature, salvo l’uso di materiali tecnici
molto costosi. Oltre alle difficoltà di stampa dei materiali prestazionali, è molto
limitata dalla necessità di supporti che generano spesso zone di bassa qualità a
seconda della forma che si stampa.
Utilizzi principali:
● Modelli da fonderia
● Campioni dimensionali
● Pezzi non strutturali
Fa eccezione il gommotto in TPU nei nostri collettori. Funziona, costa poco e si
cambia facilmente in caso di usura. Noi di FC Solution sconsigliamo collettori
realizzati in tpu FDM.
SLS e MJF
SLS (Selective Laser Sintering)
MJF (Multi Jet Fusion – tecnologia HP) - marchio hp, leader nella produzione di stampanti di questa tipologia.
I difetti della stampa a resina e FDM, sono interamente risolti dalle stampanti SLS e MJF.
Entrambe le tecnologie si basano sulla sinterizzazione di polveri polimeriche,
permettendo di realizzare componenti senza supporti, con precisione, dettaglio e finitura eccellenti.
È possibile stampare in diversi materiali, tra cui: nylon, poliuretano, polipropilene e altri polimeri tecnici adatti ad uso meccanico intensivo, con caratteristiche tecniche
differenti in base al tipo di utilizzo.
Vantaggi principali:
● Alta resistenza
● Ottima finitura
● Precisione industriale
I costi sono ancora elevati, soprattutto per le macchine (oltre 500.000 €), ma è oggi la migliore tecnologia non metallica per applicazioni meccaniche.
Noi la utilizziamo per:
● Collettori
● Pacchi lamellari (in nylon PA12 ad alta risoluzione su HP MJF)
● Giranti, carter, pulegge, cuffie, boccole, ecc.
STAMPA 3d E FUSIONE A CERA PERSA
Una tecnologia antica, oggi rinnovata grazie alla stampa 3D.
Utilizzando modelli stampati in FDM o SLA (unicamente con macchinari industriali),
è possibile creare pezzi in cera o materiali con caratteristiche simili, che vengono
inglobati in gusci di gesso refrattario. Il modello viene poi sciolto e il gesso utilizzato
come stampo per colare l’alluminio.
Offre una finitura liscissima e grande precisione, ma è tecnicamente complessa e
solo poche fonderie sono attrezzate per gestirla.
Perché preferiamo il rapid prototyping:
● Più semplice e ripetibile
● Meno rischio di impurità
● Maggiore flessibilità progettuale
Questa tecnica è spesso utilizzata anche da appassionati per creare cilindri custom,
grazie ai costi contenuti dei materiali.
In conclusione, la stampa 3D è molto più di una tecnologia emergente, è una
rivoluzione già in corso e chi la padroneggia avrà un vantaggio competitivo enorme
nei prossimi anni.