MBN Nanomaterialia, fondata nel 1994, produce materiali avanzati in polvere attraverso un processo proprietario basato sulla macinazione ad alta energia. La tecnologia permette di produrre materiali contraddistinti da una struttura cristallina “nanostrutturata”, con proprietà migliorate rispetto ai materiali tradizionali quali resistenza all’usura e resistenza meccanica. I materiali di MBN trovano impiego in vari settori industriali e in particolare nella produzione di utensili da taglio, nei rivestimenti per termospruzzatura e nel settore biomedicale.
Paolo Matteazzi, co-fondatore e Presidente di MBN
MBN ha messo a punto una filiera di produzione dedicata alle polveri per Additive Manufacturing per le quali è richiesto un elevato controllo composizionale e morfologico in tutte le fasi di sintesi, produzione e post trattamento. Le nuove soluzioni di materiali proposte da MBN in questo ambito sono frutto di una intensa attività di ricerca iniziata circa 10 anni fa che ha portato allo sviluppo di una nuova tecnologia additiva poi ingegnerizzata da Manudirect. Quest’ultima è lo spin off di MBN nato al termine di una collaborazione congiunta all’interno di un programma Europeo con entità leader nel settore della manifattura avanzata tra cui il Laser Zentrum di Hannover (LZH), l’azienda Delcam (ora parte del gruppo Autodesk) e Siemens. Manudirect ora progetta e realizza macchine additive per la deposizione diretta di polveri per materiali a base metallica e compositi metallo/ceramici (micro direct laser deposition – DLMD).
Il percorso di innovazione – spiega Paolo Matteazzi, co-fondatore e Presidente della società – è cominciato con l’idea di realizzare materiali speciali in ambito additivo abbinandoli ad una nuova tecnologia di microfabbricazione che potesse sfruttare il principio di deposizione diretta per fornire nuove possibilità di sviluppo prodotto sia sotto l’aspetto geometrico che del design del materiale. La tecnologia sviluppata consente infatti una maggiore libertà di progettazione che si estende fino all’utilizzo di gradienti del materiale e al controllo della loro microstruttura. Sotto questo aspetto la tecnologia proprietaria di MBN permette di sintetizzare una vasta gamma di materiali non convenzionali che possono essere integrati con l’utilizzo della tecnica additiva Manudirect direttamente nel prodotto accorciando così la filiera manifatturiera.
Tecnologia additiva Manudirect – Il processo DLMD si basa sul principio della deposizione diretta in cui un raggio laser va a formare un bagno di fusione altamente focalizzato nel quale vengono apportate coassialmente le polveri per realizzare uno strato dello spessore di qualche decina di micron (qualche centesimo di millimetro). Strato dopo strato la deposizione laser sviluppata da Manudirect permette la costruzione additiva e la realizzazione di componenti e strutturazioni di superfici con un’elevata precisione ed accuratezza (<50µm). Il sistema innovativo di alimentazione multipla delle polveri permette inoltre di sviluppare componenti e strutture combinando materiali diversi e con gradienti di composizione.
La tecnologia DLMD consente di realizzare nuove tipologie di prodotti con caratteristiche prestazionali migliorate controllandone densità, microstruttura e raggiungendo dettagli geometrici non ottenibili con altre tecniche additive.
La macchina MLD5 – Manudirect propone la sua macchina “general purpose” MLD5, particolarmente adatta all’ambiente di ricerca e macchine da questa derivabili “custom oriented” sviluppate intorno al prodotto del cliente.
La MLD5 è una piattaforma completa di sinterizzazione laser diretta, più che una singola macchina additiva. Si compone di una camera in atmosfera protetta di Argon che contiene un sistema di assi XYZ che porta il substrato, di un ugello per polveri trasportate da gas inerte co-assiale ad un laser di potenza. La dimensione dello spot laser e la posizione del fuoco possono essere modificate via software grazie ad un’ottica motorizzata sviluppata appositamente.
Sistemi proprietari permettono l’alimentazione delle polveri con un fine dosaggio da 0.3 a 5 mm³/s e possono essere fatti lavorare per depositare sequenze di strati a diverso materiale oppure possono depositare strati con gradienti di materiali (functional graded materials). Inoltre consentono l’utilizzo di polveri con ampio spettro di granulometrie (5÷150µm) e morfologia delle particelle anche irregolare.
Il programma software sviluppato specificamente da Manudirect per questa tecnologia permette di importare il modello 3D (STL), dividerlo in strati e predisporre i parametri di deposizione, il sistema di alimentazione delle polveri, la modulazione della sorgente laser e la strategia di costruzione additiva.
Inoltre, la macchina comprende dei sistemi ottici di misura di elevata precisione in grado di controllare in linea la qualità del processo di sinterizzazione laser e del componente realizzato. Attualmente ci sono 3 piattaforme operative presso l’università Federico II di Napoli, il laboratorio Te. Si a Rovigo e presso la sede dell’azienda Manudirect.
Materiali – La grande potenzialità di questo settore è strettamente legata allo studio di nuovi materiali personalizzati, ottimizzati, studiati per specifiche applicazioni, in altri termini, alla capacità di innovare. La tecnologia sviluppata da Manudirect permette di utilizzare diverse classi di materiali quali acciai al carbonio o inossidabili, superleghe al Nichel, leghe leggere a base TiAl per il settore aeronautico e materiali compositi a matrice metallica (MMC) e materiali nanostrutturati.
Nel ambito della tecnologia additiva, il processo di Manudirect, basato sulla fusione laser locale, comporta una solidificazione rapidissima, trattandosi di piccoli volumi, che porta all’ottenimento di una struttura del materiale finale pressoché inalterata a quella del materiale di partenza. Con i materiali nano-strutturati si riescono, pertanto, a conservare strutture ultra fini anche nei componenti solidi finali aumentando le caratteristiche prestazionali.
Esempi di soluzioni applicative
La Strutturazione di superfici: La possibilità di creare rilievi su superfici esistenti anche di forma non planare può trovare utilizzo nel patterning di componenti in titanio medicale per protesi al fine di aumentare l’integrazione nell’osso
Riporti anti-usura: Riporti in metallo duro o compositi a matrice metallica (a base WC) ad esempio su particolari di utensili per imbutitura per aumentarne la resistenza ad abrasione nei punti critici o la costruzione di cutting tools
Stampi per microfluidica: Sono stati realizzati dettagli su inserti in acciaio inox da montare su stampi a iniezione di plastica per la fabbricazione in serie di circuiti microfluidici
Riparazioni: La possibilità di estendere la vita utile di componenti ad alto valore aggiunto rientra tra le applicazioni di più grande interesse industriale. Ad esempio, la riparazione di palette per turbine che lavorano ad alte temperature è possibile ripristinando le piccole porzioni di materiale in superlega NiCr abraso nell’uso del componente.
Leghe aeronautiche: componenti in leghe leggere a base TiAl per il settore aeronautico come ad esempio ugelli per micro-truster per satelliti artificiali di piccole dimensioni (cube-sat)
Altre applicazioni estetiche: La facilità di passare da un disegno in 2d ad una struttura estrusa in 3D permette la realizzazione di punzoni o motivi decorativi su parti pregiate
Le Nuove Frontiere della Manifattura Additiva | 20 GIUGNO 2018
L’evento di NewsImpresa dedicato a stampa 3D e manifattura additiva presso il Laboratorio TE.SI.
OBIETTIVO – Permettere alle aziende e ai professionisti del settore di confrontarsi con esperti della progettazione ingegneristica e acquisire le conoscenze ed esperienze maturate nel Centro di Eccellenza del TE.SI., individuando nuove tecniche e metodologie di produzione ingegneristica/industriale così come innovativi modelli di business.
