MetalliStampanti 3D

PROGEMEC presenta un sistema di stampa 3D a metallo da meno di €100K basata su tecnologia wire-arc

PROGEMEC è una PMI innovativa che fornisce servizi di consulenza nel settore dell’ingegneria meccanica ed industriale. Tra le attività di progettazione e di R&S per conto dei propri clienti, negli ultimi due anni l’azienda sta lavorando ad  un progetto interno molto ambizioso, inerente lo sviluppo di un prototipo innovativo di stampante 3D per metalli low-cost, per uso professionale, basata su tecnologia wire-arc.

Il team che sta lavorando sul progetto della stampante 3D per metalli è il personale del Dipartimento di Ricerca & Sviluppo della PROGEMEC SRL, da cui la tecnologia innovativa sta prendendo forma. La tecnologia wire-arc secondo la quale è stata sviluppata la macchina prevede la sovrapposizione di diversi cordoni di saldatura che rappresentano le sezioni del manufatto da sovrapporre fino ad ottenere l’oggetto finito. In questo modo per movimentare correttamente la torcia di saldatura, è stato fatto ricorso ad una meccanica a 3 assi, relativamente semplice da realizzare e controllare, contribuendo, anche in questo caso, a mantenere il costo finale a livelli accettabili. Stiamo parlando di un prezzo nell’ordine dei

Un nuovo Horizon per la stampa 3D a metallo

Il progetto  è stato sviluppato grazie al contributo della CCIAA di Frosinone che ne ha finanziato l’avvio con un grant di circa 17k€ e, successivamente della CE nell’ambito del programma di Horizon 2020 (SME Instrument) specificamente dedicato alle PMI Europee, con un ulteriore grant di 50k€, destinato a  favorirne una più approfondita analisi di fattibilità tecnico-economica.

Per la scelta del generatore, al fine di ottenere un buona qualità dell’oggetto finale sono state valutate macchine Inverter di ultima generazione, dotate di tecnologia “Sinergica”, che uniscono alla compattezza della macchina la possibilità di regolare continuamente tensione e corrente di saldatura. Per la parte elettronica, sempre al fine di tenere il costo finale il più basso possibile, sono stati preferiti ed utilizzati componenti “open source”.

La macchina è stata concepita per poter essere integrata con tutte le saldatrici MIG presenti sul mercato. Nelle fasi iniziali di sviluppo del concept si era pensato ad una macchina “da banco”; successivamente considerato il fatto che fosse destinata prevalentemente a piccole medie imprese dotate di una propria officina, il design originale è stato opportunamente modificato, dotandola di un proprio supporto al fine di renderla indipendente, quindi più facilmente collocabile in officina.

Si è cercato di tenere la cifra stilistica del design della macchina in linea con i più contemporanei trend di design delle stampanti 3D, pur differenziandosene sostanzialmente per le asimmetrie che la caratterizzano. Inoltre essa assolve anche ad una funzione di protezione, poiché la rende completamente chiusa, impedendo la fuoriuscita dall’area di lavoro di eventuali spruzzi di materiale metallico fuso o scintille ed evitando altresì contatti accidentali degli operatori con la zona di lavoro della torcia. Nella parte superiore della struttura portante sono stati montati il piano di stampa, che si sposta nel piano X-Y, ed il supporto per la torcia di saldatura che muove quest’ultima verticalmente lungo l’asse Z. Entrambi i movimenti del piano e del supporto torcia sono realizzati mediante viti a ricircolo di sfere, azionate a loro volta da motori stepper attraverso una trasmissione a cinghia.

Tutti gli assi si muovono su manicotti a sfere che scorrono su alberi rettificati. La meccanica degli assi X e Y è fissata direttamente alla struttura portante, mentre la meccanica dell’asse Z è montata su un telaio di supporto vincolato a sua volta sulla struttura portante. La testa di stampa è stata creta in modo da poter ospitare un supporto che si adatti facilmente alla maggior parte delle torce di saldatura in commercio.

Intorno al piano di stampa, in maniera provvisoria ed in attesa di equipaggiare le viti di movimentazione dello stesso, con opportuni manicotti, sono state previste delle paratie per proteggere le guide dagli spruzzi di metallo fuso derivanti dal processo di deposizione dei vari layer fusi. Per raccogliere invece eventuali scorie e residui del processo, sotto il piano di stampa è posizionato un piano estraibile.

Nella parte inferiore è stato previsto un vano per alloggiare le saldatrici più compatte, all’interno del quale è collocata una presa elettrica che permette di collegare facilmente il generatore alla rete elettrica, ed il quadro elettrico. Lateralmente sono state inserite aperture per permettere il passaggio del cavo torcia e del tubo per il gas protettivo, nel caso si utilizzasse per il processo di deposizione di layer fusi, un filo metallico non animato. Il quadro elettrico è sistemato lateralmente ed è estraibile per poter essere facilmente ispezionato in ogni momento.

Elettronica e open source

L’elettronica di controllo della macchina è contenuta in un vano estraibile posizionato lateralmente nella parte bassa della macchina. La gestione elettronica è stata affidata a schede commerciali facilmente reperibili, con il duplice obiettivo di mantenere accessibile il livello di costo della macchina e di rendere facilmente reperibile i ricambi. La scheda di controllo utilizzata è una PiBot rev. 2.0, creata per gestire stampanti 3D o piccole CNC, alla quale sono collegati i driver per azionare i motori passo-passo basati sul chip Toshiba6600. I driver e la scheda vengono alimentati separatamente da un alimentatore 12Vdc 240W, attraverso una morsettiera montata su barra DIN.

L’accensione e lo spegnimento della torcia è comandato attraverso un relè, che sostituisce l’interruttore presente sulla torcia. L’impulso per il relè deriva da uno dei pin della scheda che, normalmente, comanderebbe il motore dedicato all’estrusore. Per ottenere il corretto posizionamento degli assi sono stati utilizzati dei fine corsa ottici, sempre dello stesso produttore della scheda di controllo.

Il firmware presente sulla scheda è quello fornito dal produttore per il controllo delle normali stampanti 3D ed è basato sul linguaggio di Arduino. Oltre alle calibrazioni necessarie per adattare il firmware alla macchina, non sono state apportate ulteriori modifiche. E’ stato escluso il piano riscaldato e per quanto riguarda la temperatura di estrusione il termistore è stato sostituito con una resistenza elettrica che “simuli” la temperatura di 400°, in questo modo è stato garantito il regolare funzionamento del firmware.

Anche se l’estrusore non è presente, non è stato escluso dal firmware per poter sfruttare il segnale che quest’ultimo invia al motore dell’estrusore utilizzandolo per comandare il relè che attiva la torcia; in questo modo la torcia depositerà il metallo fuso solo quando necessario.

Il software di gestione da utilizzare è quello che fornisce il costruttore della scheda. Il software gestisce la fase di preparazione alla stampa, cioè lo “slice” del modello solido, attraverso il software Slic3r, e la fase di lavoro vera e propria collegando il PC alla scheda di controllo. Per quanto riguarda la fase di preparazione, sul software è stata creata un’apposita impostazione disattivando lo skirt iniziale e modificato la trama dell’infill, impostandola come “concertic”, in questo modo si ottengono manufatti completamente pieni. L’altezza dei layer è stata impostata a partire dallo spessore del filo, mentre il diametro di estrusione del filo è stato impostato pari al diametro del filo utilizzato. La velocità di stampa viene fatta variare in accordo alle velocità di avanzamento del filo e delle correnti settate sulla saldatrice.

Ultima chiamata

Progemec ha partecipato all’ultima call del 23 maggio con il progetto “3DMP: disruptive 3D Printing technology for metalworking SMEs”, che prevede un contributo fino a 2,5M€ per l’industrializzazione del prodotto. Alla call  hanno risposto 1658 PMI europee, ciascuna con il proprio progetto innovativo teso ad apportare un importante contributo alle sfide più audaci che l’Unione Europea si prefigge di affrontare nell’ambito di ciascun Programma Quadro.

Progemec ha ottenuto un ottimo risultato: il punteggio di 13,72 su 15 ed il “Seal of Excellence”, un attestato da parte di un panel di esperti internazionale della CE, che testimonia l’elevata qualità del progetto e la portata dirompente dell’innovazione presentata, di cui potete avere maggiori informazioni al seguente link.

Purtroppo il budget stanziato ha finanziato solo le imprese con punteggio superiore anche se di pochissimo (13,8) a quello ottenuto da Progemec (13,7), ma il risultato è comunque estremamente importante poichè significa aver superato i rigorosissimi criteri di valutazione, basati sull’eccellenza dell’innovazione proposta e sul potenziale impatto sul mercato europeo ed extraeuropeo.

Research 2020
Composites AM Market Opportunities

This 170-page study from 3dpbm Research provides an in-depth analysis of each major sub-segment in composites...

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. Inoltre sono Senior Analyst di SmarTech Analysis, una delle più importanti realtà al mondo attive nella rilevazione di dati e previsioni di mercato relative ai vari segmenti verticali dell'industria della manifattura additiva.

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