La Ricerca Universitaria si affida alle stampanti 3D di 3ntr

La produzione additiva rappresenta la nuova rivoluzione industriale, un processo innovativo in costante crescita” Prof. Ferdinando Auricchio – Coordinatore Gruppo di Ricerca Università di Pavia

Tra le tecnologie di stampa 3D più utilizzate nell’ambito industriale la modellazione a deposizione fusa (FDM) ricopre un ruolo molto importante, non solo per la produzione di modelli 3D rappresentativi, ma principalmente grazie allo sviluppo di nuovi materiali come PEEK e ULTEM, fondamentali per le esigenze dei mercati complessi (come automotive e aerospace) oltre che per la capacità di realizzare componenti strutturalmente funzionali.

L’Università di Pavia è attiva dal 2011 nel processo di ricerca in ambito additive e dal 2017 l’Ateneo è fondatore del progetto “Virtual Modeling and Additive Manufacturing (3D printing) for Advanced Materials”, svolto grazie ad un laboratorio di stampa 3D interno, per dedicare un interessante studio alle caratteristiche dei componenti finiti.

Per la grande affidabilità, la qualità di stampa, la gestione dei processi multi-estrusore e l’ampia gamma dei materiali disponibili, il Team di ricerca dell’Università di Pavia ha scelto di utilizzare le stampanti 3D di 3ntr durante l’intera fase del progetto di ricerca.

In che cosa consiste il progetto e quali sono i risultati ottenuti? Intervista al Professor Ferdinando Auricchio, Coordinatore del Gruppo di Ricerca – Università di Pavia.

Stampanti 3D utilizzate: A4V2 / V3 a 3 estrusori 3ntr

Materiali utilizzati: ABS, HIPS

Quali motivazioni hanno spinto il team di ricercatori dell’Università di Pavia ad avviare un progetto di ricerca in ambito additive?

F.A. – La motivazione principale è rappresentata dal crescente interesse del mondo industriale nelle tecnologie di manifattura additiva. Ogni previsione economica è infatti concorde nell’affermare che l’additive manufacturing rappresenta una vera e propria rivoluzione nel mondo industriale. Inoltre, essendo una tecnologia relativamente giovane sono ancora molti gli aspetti da indagare ed approfondire e la ricerca in questo ambito è fondamentale per poter mettere a disposizione delle aziende nuove soluzioni in termini di tecnologie e materiali.

 Quali motivazioni hanno spinto a scegliere la tecnologia FDM per la ricerca?

F.A. – La tecnologia di stampa 3D FDM è una delle tecnologie più diffuse anche grazie al fatto di essere più accessibile dal punto di vista economico rispetto ad altre tecnologie, pur offrendo la maggiore flessibilità in termini di polimeri utilizzabili. La nostra ricerca si è concentrata sulla stampa 3D FDM perchè, grazie ai recenti sviluppi di nuovi materiali quali tecnopolimeri fibro-rinforzati, essa può essere utilizzata per produrre componenti strutturali che in parecchi casi hanno sostituito altre componenti tipicamente prodotte in metalli leggeri, come l’alluminio.

Prof. Ferdinando Auricchio

In che modo l’Università di Pavia ha conosciuto la tecnologia di stampa 3D 3ntr e in che modo questa è stata determinante ai fini del progetto?

F.A. – La tecnologia 3ntr è stata fondamentale sotto due aspetti: dal punto di vista tecnico le macchine dispongono di un piatto e di una camera riscaldati e della possibilità di montare tre estrusori. Dal punto di vista software dispone di un software di slicing avanzato, facile e intuitivo, che consente di gestire in modo semplice i parametri di stampa e i processi multi-estrusore.

Qual è stato il contributo concreto delle stampanti 3D 3ntr nello svolgimento del progetto?

F.A. – La camera e il piatto riscaldati hanno consentito di stampare il modello del ponte evitando distorsioni e distacchi dal piatto di stampa, mentre la presenza di due estrusori ha consentito di utilizzare un diverso materiale per le strutture di supporto, consentendo un distacco facile del modello al termine della stampa.

In che modo le stampanti 3D 3ntr sono state integrata nello svolgimento del progetto di ricerca?

F.A. – Le stampanti 3D di 3ntr (A4V3* ndr) sono state utilizzate per la produzione del modello del ponte e della molla piana in ABS, che sono stati oggetto principale della ricerca. In particolare per il modello del ponte la camera calda è stata fondamentale per evitare distorsioni e conseguenti distacchi del piatto durante la stampa, mentre il secondo estrusore ha consentito di utilizzare un apposito polimero per la realizzazione delle strutture di supporto, facilmente rimovibili.

Entriamo nel vivo del progetto: quali erano gli obietti e quali risultati sono stati raggiunti?

F.A. – Il progetto è durato circa 9 mesi. Lo scopo principale era quello di sviluppare un metodo di simulazione FEM basato sull’attivazione sequenziale degli elementi, che fosse in grado di prevedere stress e distorsioni sui pezzi stampati in 3D con tecnologia FDM. Le stampanti 3D di 3ntr ci hanno consentito di produrre i modelli in ABS e grazie ad una ricostruzione fatta con laser scanner 3D è stato possibile confrontare le deformate dei modelli con quelle misurate sperimentalmente. Questo confronto ci ha permesso di validare i risultati numerici e dimostrare che il nostro approccio di simulazione svolto con le stampanti 3D di 3ntr è sostenibile e porta risultati che discostano dalla realtà non più del 10%.
Particolarmente interessante, per lo sviluppo dell’utilizzo della stampa 3D in campo manifatturiero, è la possibilità di prevedere le distorsioni residue e/o gli accumuli di stress e questo può avere grande rilevanza dal punto di vista industriale perchè permette di risparmiare risorse in termini di tempi e di costi garantendo la possibilità di prevedere imperfezioni ed eventuali errori.

Progetti futuri?

F.A. – Abbiamo in previsione di arricchire il nostro approccio di simulazione con l’introduzione di un modello coesivo che permetta di prevedere eventuali distacchi dei componenti FDM durante la fase di stampa, evitandone quindi la preventiva interruzione.

Ringraziamo per la collaborazione il Professor Ferdinando Auricchio, Coordinatore Gruppo di Ricerca ed esperto di modelli costitutivi dei materiali e simulazioni numeriche tramite software agli elementi finiti, il Dr. Alberto Cattenone, il Dr. Gianluca Alaimo e il Dr. Simone Morganti.