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venerdì 9 settembre 2016

PEEK IL FILAMENTO TECNOLOGICO PER STAMPA 3D AVANZATA SVILUPPATO SOPRATTUTTO PER COMPONENTI AUTOMOTIVE/AEROMOTIVE

PEEK IL FILAMENTO TECNOLOGICO PER STAMPA 3D AVANZATA SVILUPPATO SOPRATTUTTO PER COMPONENTI AUTOMOTIVE/AEROMOTIVE


Indmatec, http://www.indmatec.com/ è un costruttore e produttore di macchine e filamenti per la stampa specifica del filamento realizzato con PEEK (polietereterchetone). Da Karlsruhe, in Germania, il reparto ricerca e sviluppo ha delineato i modi in cui il PEEK (polietereterchetone), potrebbe essere utilizzato per migliorare la produzione di auto, aerei e vettori.

FILOPRINT ricorda che sul suo shop ON-LINE commercializza – anche nella pratica soluzione a multipli di 10 metri per prove e test tecnici, tutti queste tipologie di filamento prodotte sia da INDMATEC che anche da VICTREX come da EVONIC con anche l'interessantissimo PEEK caricato al 20% con TITANIO Ti02 per un uso anche medicale.



La Fabbricazione Additiva viene utilizzata sempre di più nel settore automobilistico. Ma mentre alcuni ingegneri auto sono più interessati a capire quali parti di una macchina potrebbero essere stampati in 3D, altri sono più interessati a come i vari materiali tecnologicamente sviluppati in termini di resilienza, possano essere utilizzati per creare in modo più efficiente e duraturo le varie parti di un'auto stampate in 3D. La maggior parte dei costruttori di automobili preferiscono macchine e prodotti realizzati con tecnologie SLM o SLS in metallo stampato, soprattutto per le parti critiche di uso finale. Ma la tedesca INDMATEC esperta del settore di stampa 3D ritiene che il PEEK, un polimero termoplastico, potrebbe aiutare l'industria a spostare gli obbiettivi di operatività in stampa 3d verso la FFF per realizzare oggetti con una marcia in più.



Indmatec è infatti uno dei principali produttori di filamento PEEK 3D, ma le sue osservazioni sull'industria automobilistica non deve essere presa semplicemente come una pubblicità da specialisti di marketing del settore. Infatti altri produttori di materia prima, come Evonik e Victrex hanno anch'essi testato materiali per componenti automobilistici realizzati in PEEK e il polimero è già utilizzato in molte industrie per la produzione di cuscinetti, parti di pistone, valvole e altri componenti importanti legati alla distribuzione e alimentazione.



Diamo quindi uno sguardo a quello che potrebbe fare il PEEK per l'industria automobilistica.

La maggior parte dei produttori si rendono conto solo adesso che, la stampa 3D FFF, può essere utilizzata per creare componenti metallici che pesano molto meno rispetto alle varianti tradizionali di fabbricazione in metallo. Questo perché la tecnologia può creare strutture geometricamente complesse ed oggetti con interni parzialmente scavati. Ma mentre le parti metalliche stampate in 3D possono pesare molto meno di parti metalliche realizzate dal pieno, non riescono a raggiungere il minor peso con pari prestazione che offre invece il PEEK. Con la stampa 3D realizzata con il PEEK più leggero, i produttori potrebbero ridurre il peso dei componenti ulteriormente, senza assolutamente inficiare la resistenza generale, anzi.

Utilizzando il PEEK al posto del metallo, le case automobilistiche possono ridurre il peso di una parte fino al 70%, che si traduce in un risparmio di carburante del 1-2%, un apparentemente piccolo miglioramento che può comunque andare a ridurre i costi di produzione ( se pur in misura minima) per non parlare dei benefici ambientali di smaltimento derivanti dall'uso di simili prodotti plastici. Inoltre, parti con PEEK hanno mostrato 25-75% minore di usura rispetto alle medesime parti metalliche e sono anche meno dipendenti da lubrificazione perché tribologiche e meno rumorose.


Un altro vantaggio dell'uso del PEEK è dato dalle sue notevoli proprietà termiche. A causa della sua struttura semi-cristallina, PEEK può essere utilizzato ben al di sopra della sua temperatura di transizione vetrosa di 143 °C, che lo rende adatto quindi all'uso ATUOMOTIVE ed AEROMOTIVE ed in altri veicoli i cui propulsori devono funzionare a 150 °C o più. Con un punto di fusione di 343 °C e una temperatura di servizio fino a 260 °C, il PEEK è molto più resistente alle temperature rispetto a qualsiasi altro materiale plastico stampabile in 3D. Il polimero è anche chimicamente inerte, il che significa che non sarà danneggiato da oli o carburanti e nemmeno dagli agenti atmosferici.


Sfortunatamente (o per fortuna !) la stampa 3D FFF di questo tipo di materiale può essere eseguita solo con macchine particolari, piuttosto costose e molto verticali nel loro uso. E' altresì imprescindibile stampare questi oggetti con macchine similari che devono essere costruite con accorgimenti specifici e molto tecnici senza i quali sarebbe impossibile stampare il PEEK.

Utilizzando la stampante proprietaria Indmatec HPP 155 3D, l'azienda ha creato varie componenti stampate in 3D con il PEEK destinate all'uso automobilistico ( vedasi foto allegate) tra cui gli ingranaggi conici e anelli di tenuta che possono essere utilizzati in un powertrain regolare. Secondo la società, il principale vantaggio di ingranaggi PEEK 3D stampati è la loro resistenza all'usura verso le forze tangenziali tra gli ingranaggi stessi. Inoltre, il PEEK stampato in 3D come anelli di tenuta permette una resistenza verso diversi tipi di fluidi presenti in un motore automobilistico, che li rende più resistenti di qualsiasi altro materiale plastico anche gommoso. I test condotti dal reparto Ricerca e Sviluppo Indmatec hanno rilevato che le parti stampate con PEEK hanno garantito una resistenza alla trazione paragonabile ad altri alternativi elementi stampati ad iniezione, anche se la loro resistenza alla trazione in direzione Z (tra gli strati) è inferiore del 30%.



Il PEEK, mostra un comportamento interessante anche nel campo delle emissioni di gas anche se esposti a temperature elevate per lunghi periodi di tempo le quali risultano essere molto basse in termini generali. Se inseriti in un forno per 12 ore a 150 °C prima di essere testati in condizioni di vuoto, gli elementi stampati con PEEK forniscono un tasso di degassamento di 4.1x10-11 mbar l / cm-2 s-1; un valore che rientra ben all'interno della gamma di vuoto ultra-alta a estremamente elevata. Il materiale PEEK quindi soddisfa i requisiti per le applicazioni ad alto vuoto e forte pressione.



Questo è notevole perché i materiali a degassamento sono completamente vietati in tutte le tecnologie del vuoto, perché le molecole rilasciate in forma gassosa, possono contaminare i componenti principali e diffondersi nelle parti della macchina di stampa. Questo è un risultato importante; dato che i metalli in generale non soffrono di DEGASSAMENTO ma sono più pesanti, il PEEK con la sua leggerezza ma altrettanto resilienza, offre un enorme vantaggio nel suo uso dinamico strutturale. Stiamo pensando appunto a quale vantaggio un'azienda può avere in termini di tempo nel realizzare uno stampo, oppure un particolare pezzo variato in tempo reale per essere adeguato ad un nuovo progetto!

Molto interessante è che il PEEK molto leggero offre anche una notevole resistenza alle radiazioni è si rivela quindi ideale anche per applicazioni destinate all'uso aerospaziale, dove ogni grammo crea un onere supplementare ed una difficoltà in meno per la realizzazione di vettori spaziali.

Tutto quanto appena esposto rende il PEEK uno dei filamenti più funzionali attualmente prodotti al mondo, ma genera anche un problema; il PEEK risulta essere molto difficile da stampare in 3D. In effetti, la prima stampante Indmatec HPP 155 3D è stata sviluppata con lo scopo specifico di un utilizzo per solo prototipazione minuta per i test di resistenza di alcuni componenti molto piccoli

In particolare, il PEEK richiede una stampante 3D con un hot-end tutto in metallo in grado di raggiungere ( e superare a volte anche abbondantemente ) temperature fino a 400 °C, un letto riscaldamento adeguatamente caldo ( anche 130/150 °C) ed importantissimo, una camera calda chiusa – in pratica un piccolo forno industriale. Ma in cambio, si ottiene un materiale che è perfetto per impianti medici, ingranaggi meccanici, componenti elettronici, componenti aerospaziali, ingegneria automobilistica ed applicazione per ambienti sotto alta pressione a vuoto come le autoclavi.

Detto questo bisogna comunque sottolineare che, la macchina realizzata dalla INDMATEC ha un volume di stampa molto ridotto e non permette la realizzazione di pezzi oltre un volume di 140X135X148 MM. Se si vuole approfondire le caratteristiche tecniche anche del nuovo modello previsto in uscita per il 2017 prego linkarsi al segunte indirizzo WEB:
http://www.indmatec.com/en/3d-printer

A prescindere dal costo piuttosto elevato che si posiziona ad un limite a partire da circa 20.000 euro (+ iva) ampiamente ripagato dalle prestazioni eccezionali per l'uso del PEEK per prototipazione industriale, possiamo quindi evidenziare che al momento non esiste una macchina che riesca a sviluppare un volume di costruzione superiore a quella della INDMATEC.

In campo concorrenziale evidenziamo che l'unico concorrente al mondo della INDMATEC al momento è l'Italiana ROBOZE ONE - http://www.roboze.com/it/ che produce due modelli diversi ma che comunque entrambi non superano i 200x200x200 mm di volume di costruzione.



Entrambe le macchine promettono prestazioni similari ma, mentre il modello della INDMATEC stampa verticalmente solo il PEEK l'Italiana ROBOZE ONE stampa invece anche altri materiali quali il ULTEM 9085 – ULTEM PEI 1000 – PMMA – PA CARBON – TUTTI I NYLON – MATERIALI FLESSIBILI, ponendo quindi ad uno scalino più alto il valore tecnologico di questa macchina, che ovviamente si paga in un costo nettamente superiore a quello della INDMATEC.


FILOPRINT ci tiene a sottolineare che attualmente è l'unico rivenditore mondiale che commercializza tutti i tipi di materiali possibili nella formula a metri ed ovviamente in bobine, che entrambe le macchine citate possono stampare.

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