Automotive, utilizzo della stampa 3D con galvanostegia

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É risaputo che la produzione di singoli pezzi e prototipi nell'industria automotive  genera costi e impegni elevati, specie laddove che le singole fasi di produzione devono essere esternalizzate. I processi di aggiustamento richiedono tempi lunghi, alzando notevolmente i costi di produzione.

Parimenti da tempo diciamo che tecnologie e materiali 3D consentono invece ai team di ingegneria e progettazione di ridurre drasticamente la distanza tra idea e prodotto finale.

I prototipi di singoli elementi interni, come un cruscotto, possono essere stampati direttamente sul posto in poche ore, testati per l'idoneità e, se necessario, adattati immediatamente.

Questo grazie alle nuove resine sintetiche speciali per la prototipazione, che consentono di ridurre i tempi di produzione automotive di oltre il 70%.

Secondo Stefan Holländer, Managing Director Emea di Formlabs, è quindi possibile accelerare i cicli iterativi e rafforzare il processo di sviluppo del prodotto.

La dipendenza da fornitori esterni, i lunghi tempi di consegna e i relativi costi di produzione e stoccaggio, generalmente elevati, vengono eliminati.

La possibilità di implementare immediatamente le regolazioni e di testare le parti revisionate praticamente lo stesso giorno offre un enorme potenziale per l'industria automobilistica, dove una convalida rapida è essenziale.

L'arresto di una linea di produzione automotive, osserva Holländer, solo per un breve periodo di tempo, comporta già costi nell’ordine delle migliaia e decine di migliaia di euro, quindi un arresto di consegna dei pezzi di ricambio all'interno della produzione può costare rapidamente a un produttore di automobili 100 milioni di euro a settimana.

Oltre a processi di produzione e personalizzazione automotive più veloci ed economici, la stampa 3D offre anche nuove opzioni per la forma e il design e la personalizzazione di piccole quantità.

Ad esempio, dice Holländer, la stampa 3D può essere utilizzata per produrre parti personalizzate in piccole quantità a costi accessibili senza la necessità di personalizzare un'intera linea di produzione o di manodopera estesa. Soprattutto per le officine più piccole, l'eliminazione di elevati investimenti iniziali apre possibilità completamente nuove.

La stampa 3D si integra nei processi automotive

E ad aprire svariate nuove possibilità per l'industria automotive non è solo l'uso di nuove tecnologie di stampa 3D innovative, ma anche, e soprattutto, la loro combinazione con i processi convenzionali.

Un esempio è la nuova edizione del famoso microbus Volkswagen del 1962. La forma insolita e intrecciata dei cerchioni in alluminio della nuova versione del microbus Volkswagen richiedeva una combinazione di cerchi appositamente studiati.

Per ottenere il design appropriato, spiega Holländer, i coprimozzi sono stati prima stampati in 3D in collaborazione con Formlabs utilizzando il processo SLA e quindi zincati per ottenere l'aspetto e la sensazione di parti metalliche reali.

Stefan Holländer, Managing Director Emea di Formlabs

La combinazione di parti stampate con polimeri e processi come fusione a cera persa, fusione a sabbia o fusione diretta a bassa temperatura per produrre parti metalliche specifiche con finiture di superfice particolari offre ai produttori un'alternativa più economica e spesso più dettagliata rispetto alla stampa 3D diretta di metalli e ad altri processi di produzione convenzionali, di solito estremamente costosi.

Combinando la stampa 3D con altri processi, è possibile sfruttare le innovative tecnologie di stampa 3D con polimeri come tempo, costi, facilità d'uso, precisione e iterazioni rapide per creare altri materiali più sofisticati come il metallo. 

Spazio alla galvanostegia

Il processo di galvanostegia consente di combinare parti in plastica stampate in 3D con le proprietà meccaniche e chimiche superiori dei metalli.

In questo processo, uno strato sottile del metallo desiderato viene depositato elettrochimicamente sulla superficie della parte stampata in 3D.

Il risultato è una vera superficie metallica.

Oltre a conferire un aspetto metallico, la galvanostegia rafforza in modo significativo anche la parte sottostante e migliora la resistenza del materiale a usura, esposizione ai raggi UV e corrosione.

Ad esempio, spiega Holländer, la resistenza alla trazione delle parti stampate in 3D con stereolitografia è aumentata in media di tre volte, la resistenza alla flessione di quasi dieci volte e la rigidità di quattro volte.

Un ulteriore vantaggio è dato dal gran numero di metalli che possono essere utilizzati per la galvanostegia e la conseguente varietà di possibili usi e applicazioni per le parti finite.

Tra le altre cose il processo di raffinamento consente di produrre parti precise e relativamente economiche da oro, nichel e rame, con ogni metallo che offre i suoi vantaggi specifici.

Ad esempio, la raffinatezza dell'oro è l'ideale per ottenere un aspetto nobile con costi dei materiali relativamente bassi, poiché non è l’intera parte ad essere realizzata in oro, ma solo lo strato superiore, con lo stesso risultato ottico.

Le parti raffinate con nichel sono estremamente resistenti alla corrosione. E le superfici in rame hanno un'eccellente conducibilità elettrica. La superficie metallica può quindi essere lucidata, spazzolata, sabbiata o rivestita come qualsiasi superficie metallica sottile, a seconda delle esigenze di progettazione e dell'uso previsto.

Nel caso dei coprimozzi per il microbus Volkswagen, le superfici in rilievo sono state lucidate a specchio, mentre la superficie goffrata dietro il logo Volskwagen è rimasta opaca, creando un sottile contrasto.

La galvanostegia dei modelli in plastica stampati in 3D, conclude Holländer, può essere utilizzata in tutte le aree della produzione automotive in cui le superfici metalliche sono fondamentali.

Inoltre, è una soluzione adatta soprattutto per le parti di produzione che devono combinare le proprietà esterne del metallo con il minor peso possibile. L'uso della stampa 3D cava o basata su griglia come base consente un ulteriore risparmio di peso.

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