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LFAM di materiali compositi è diventata extra large al JEC World 2022

Le nuove tecnologie prendono di mira le parti composite termoindurenti di grandi dimensioni e la produzione additiva di massa

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La fiera JEC World di Parigi, che è tornata quest’anno dopo due edizioni interrotte a causa della pandemia di COVID, è il luogo in cui la comunità dei compositi si riunisce per mostrare gli ultimi risultati e per pianificare l’attività per i prossimi dodici mesi. Questo segmento molto orizzontale (molto simile alla produzione additiva) cerca di attirare utenti dai segmenti aerospaziale, automobilistico di fascia alta, sportivo, beni di lusso e alcuni prodotti di consumo. All’interno della produzione di compositi, c’è uno spazio (o più spazi) in cui entrano in vigore le tecnologie di produzione additiva. Abbiamo seguito molto da vicino questo incrocio e le sue evoluzioni negli ultimi anni. Nel 2021, 3dpbm ha pubblicato il suo primo rapporto di mercato sui compositi AM, evidenziando diverse tendenze tra cui la crescente rilevanza commerciale nell’uso dei granulati termoplastici rinforzati con fibre tritate. JEC World 2022 ha dimostrato che questo è esattamente ciò che sta accadendo nei compositi AM, insieme ad alcune altre interessanti innovazioni.

LFAM per utensili e parti

Mentre il concetto di stampa 3D composita è stato concepito per la prima volta da aziende come Markforged e Anisoprint e si è concentrato su parti relativamente piccole e fibra continua, nessuna delle due società era presente a JEC Word con uno stand (il co-fondatore di Anisoprint Anton Fedorov spiega perché di seguito). Oggi, la stampa 3D di parti molto grandi utilizzando materiali in pellet rinforzati con fibre tritate è la principale opportunità commerciale per i compositi AM ed è anche una delle maggiori opportunità commerciali (letteralmente) per tutta la stampa 3D. Nessun altro processo AM utilizza queste quantità di materiali e ha queste capacità in termini di tonnellaggio metrico annuale delle parti prodotte.

Anche il numero di aziende attualmente attive nella produzione di sistemi LFAM è cresciuto in modo significativo. Dai tre iniziali (Cincinnati Inc, Thermwood – entrambi con sede negli Stati Uniti e non presenti con uno stand alla fiera – e l’italo-americano Ingersoll/Camozzi) il numero totale è ora cresciuto fino a quasi 10, con altri in arrivo. Detto di Ingersoll/Camozzi e dei suoi sistemi Masterprint, un’altra azienda con un sistema LFAM composito sul mercato è CMS specializzata in CNC, con il sistema Kreator basato su Screw Extrusion Additive Manufacturing (SEAM). Un altro specialista CNC, Breton, ha presentato la famiglia di sistemi Genesi LFAM sfruttando algoritmi di apprendimento automatico e sistemi avanzati di intelligenza artificiale per ottenere proprietà meccaniche ed estetiche di alto livello nelle parti, mentre Belotti ha lavorato con i pionieri LFAM compositi CEAD per integrare i loro motori di estrusione nel sistema LFAM additivo e sottrattivo BEAD.

Tutte queste aziende hanno sede in Nord America o nel Nord Italia, ma LFAM di compositi sta diventando un trend sempre più globale, con l’azienda spagnola MTorres (con sede a Pamplona) che introduce anche la propria tecnologia brevettata per la produzione di componenti di grandi dimensioni attraverso la produzione additiva, attraverso un processo sviluppato per il sistema TorresPrint3D.

Alla ricerca di applicazioni killer

Ma anche LFAM dei compositi è ben lungi dal diventare un segmento industriale consolidato e tanto meno maturo. Oggi le applicazioni killer per i compositi LFAM sono strumenti giganti utilizzati nell’industria marittima e aerospaziale. Tuttavia, i materiali a matrice termoplastica utilizzati per realizzare questi strumenti non sono ancora in grado di resistere alle elevate temperature dell’autoclave, pur mantenendo le accurate tolleranze richieste per alcune parti nella produzione aerospaziale, limitando così la portata e il potenziale della tecnologia nelle nostre più importanti industrie di adozione.

Ci sono diversi modi per affrontare questa sfida. Uno è attraverso lo sviluppo di materiali a matrice termoplastica ancora più avanzati. Aziende come Airtech , Mitsubishi MCPP, Covestro, Solvay e Arkema offrono ora una selezione di materiali per pellet ottimizzati sulla base di termoplastici avanzati per applicazioni LFAM, sebbene ciò rappresenti ancora un’area di attività minore. Infatti, la più piccola tra queste aziende, Airtech, è probabilmente quella che detiene l’attuale leadership in questo segmento attraverso la divisione Printech.

Un altro approccio consiste nel modificare l’ambito delle applicazioni LFAM. Ad esempio, poiché la deposizione e la velocità di produzione sono così veloci, questa tecnologia può essere utilizzata per produrre in modo conveniente parti finali di grandi dimensioni, anche sostituendo determinati oggetti di metallo. Durante lo spettacolo, abbiamo parlato a lungo con Lucas Janssen, co-fondatore e CEO dell’azienda, che ha spiegato come il CEAD sia passato dal puntare all’AM continua in fibra composita all’essere in grado di offrire servizi di produzione industriale di ampia portata. Oggi l’obiettivo dell’azienda è costituito sia da strumenti che da parti finali, comprese le applicazioni di consumo come un camino economico o un sedile realizzato con materiale PET-G riciclato fornito da MCPP (l’attuale fornitore di PET-G e PET-G riciclato per stampa 3D LFAM).

Altre aziende che, come CEAD, hanno iniziato a puntare sui compositi in fibra continua AM, come Arevo e Continuous Composites, hanno prenotato il loro posto in fiera ma non ce l’hanno fatta (gli stand erano vuoti). Electroimpact, uno dei nuovi arrivati ​​nel segmento AM dei compositi continui, era presente al JEC ma sta ancora perfezionando il suo sistema AM che probabilmente rappresenta solo un’area di business minore.

Torniamo ai termoindurenti

Se i termoplastici non lo tagliano per le autoclavi, i termoindurenti lo fanno. C’è solo un problema: i termoindurenti sono dannatamente difficili, se non quasi impossibili, per la stampa 3D di grande formato. Ma nulla è impossibile nella stampa 3D, quindi due aziende di stampa 3D, in particolare, hanno presentato soluzioni davvero uniche e innovative.

La prima è la società israeliana Massivit, che ha scelto JEC World 2022 per lanciare ufficialmente il sistema Massivit 10000 per utensili compositi. Massivit è sul mercato da un decennio (l’abbiamo visitato per la prima volta nel 2015) e abbiamo avuto la possibilità di incontrare e parlare con il CEO e fondatore Erez Zimermann del successo dell’azienda e della base installata. Quest’ultima macchina utilizza il processo brevettato Gel Dispensing Printing (GDP) ad alta velocità, di grande formato e proprietario di Massivit per produrre strumenti compositi che possono essere utilizzati nelle autoclavi (attualmente a circa 170° ma l’obiettivo è di andare ben oltre i 200°). L’esclusivo processo Massivit consente la produzione di questi strumenti stampati in 3D utilizzando resina epossidica pura: processo GDP, la resina epossidica viene versata in un guscio stampato in 3D che può essere rotto e lavato via con acqua, lasciando lo strumento epossidico geometricamente complesso.

Un altro approccio nuovo e innovativo viene da una società statunitense chiamata Magnum Venus Products (MVP). L’azienda, produttore globale di soluzioni per la produzione e il movimento dei fluidi per applicazioni industriali nei mercati dei compositi e degli adesivi, ha sviluppato un nuovo processo e sistemi LFAM per produrre stampi utilizzando resine reattive, esotermiche e termoindurenti. L’esclusivo processo RAM (Reactive Additive Manufacturing) dell’azienda consente la stampa conveniente di materiali termoindurenti per produrre parti su larga scala in varie risoluzioni utilizzando la nuova tecnologia di pompaggio dei materiali di deposizione reattiva fino a una forma quasi ordinata (seguita dalla finitura sottrattiva). Ciò rende il sistema RAM 816 di MVP l’unica stampante 3D su larga scala per materiali termoindurenti oggi sul mercato.

La produzione (seriale) di compositi è difficile

Elon Musk ha recentemente affermato che “la produzione è difficile”, riferendosi al fatto che la maggior parte sottovaluta (e non si preoccupa particolarmente) delle sfide legate alla produzione di oggetti reali che funzionano. Ma se la produzione, in generale, è difficile, la produzione di compositi è ancora più difficile. Questi materiali possono offrire le migliori proprietà meccaniche ovunque in termini di leggerezza, resistenza, flessibilità, resistenza alla temperatura e persino durezza. Ma sono incredibilmente difficili da lavorare perché coinvolgono così tanti elementi diversi: matrici, rinforzi e strumenti. Ognuno di questi deve fare i conti con gli effetti sia macro che microscopici di qualsiasi processo produttivo. La produzione in serie composita non esiste davvero poiché la maggior parte delle parti composite richiede la grande quantità di manodopera umana e specializzata.

“Questo è uno dei motivi per cui non siamo presenti come espositori”, ha spiegato il CEO di Anisoprint Fedor Antonov quando ci siamo incontrati, aggiungendo che le parti Anisoprint sono presenti presso gli stand di molti dei loro clienti. “Le aziende di compositi non sono impressionate dalle proprietà delle parti stampate in 3D. Processi e macchine come la nostra sono più efficaci nel segmento generale della stampa 3D polimerica, in fiere come Formnext, dove possiamo offrire gli stessi tipi di parti e processi, dal prototipo alla produzione, con proprietà meccaniche superiori rispetto alle parti polimeriche non rinforzate”.

Un’azienda che cerca di portare la forza dei compositi avanzati in fibra continua nella produzione in serie di grandi lotti di parti relativamente piccole è la 9T Labs, con sede a Zurigo. La società ha fatto molta strada da quando è stata scorporata da ETH e ha attirato investimenti significativi, anche da Stratasys. Finalmente abbiamo potuto vedere il processo da vicino e non è semplice ma potrebbe essere conveniente per alcuni tipi di applicazioni. La tecnologia di fusione additiva di 9T inizia stampando in 3D diversi componenti di una parte utilizzando una fibra continua e una matrice polimerica termoplastica avanzata. Stampandoli in 3D è possibile garantire proprietà anisotropiche e geometrie più complesse. Questi vengono poi assemblati e posti in uno stampo industriale dove avviene il processo di fusione, pressando e incollando insieme tutti gli elementi. Questo approccio potrebbe aprire la strada alla produzione in serie di componenti meccanici compositi continui estremamente resistenti per qualsiasi cosa, dall’industria aerospaziale, alla produzione di massa additiva di componenti per uso finale automobilistico e motociclistico.

 

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Davide Sher

Sono un giornalista professionista iscritto all'ODG dal 2002 e mi sono sempre occupato di comunicazione trade. Per 10 anni ho redatto una testata dedicata al mercato dei videogiochi e successivamente ho partecipato alla creazione del primo iPad magazine dedicato all'elettronica di consumo. Dal 2012, mi occupo esclusivamente di stampa 3D/manifattura additiva, che vedo come la più affascinante e reale delle tecnologie oggi agli albori ma che plasmeranno il nostro futuro. Ho fondato Replicatore.it nel 2013 e ho scritto come blogger per diversi siti internazionali. Nel 2016 ho fondato la mia società 3dpbm (www.3dpbm.com), con base a Londra, che offre servizi di supporto alle aziende che vogliono comunicare, sia in Italia che nel mondo, i loro prodotti legati alla manifattura additiva. Oggi pubblichiamo diverse testate internazionali tra cui 3D Printing Media Network (il nostro sito editoriale internazionale), 3D Printing Business Directory (la più grande directory al mondo di aziende legate alla stampa 3D), Replicatore.it, Replicador.es e 3D Printing Media Network Chinese Version.

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