Uno sguardo da vicino alle strutture di supporto per la stampa 3D
Le strutture di supporto sono un male necessario per la stampa 3D. Possono essere frustranti e dispendiose n termini di tempo, ma sono tenute a impedire che molte parti collassino o si deformino. In un documento intitolato ” Strutture di supporto per la produzione additiva: una revisione “, un gruppo di ricercatori esamina attentamente i supporti e le loro varie forme e funzioni, e valuta alcune delle ricerche che sono già state condotte su di loro.
Gli scopi delle strutture di supporto, secondo i ricercatori, possono essere suddivisi in tre tipi:
Supporti che agiscono come diffusore di calore e rinforzatore di rigidità, prevenendo la distorsione della forma e gli stress residui dovuti all’accumulo di calore in eccesso, in particolare nella stampa 3D di metalli
Supporti necessari in processi come FDM in modo che il materiale non venga depositato a mezz’aria
Supporti che fungono da legami per impedire alle parti di spostarsi e / o collassare
Le strutture di supporto, anche se necessarie, hanno anche molti svantaggi, tra cui la creazione di materiale in eccesso che spesso non può essere riutilizzato, oltre a creare un sacco di lavoro extra da rimuovere. Consentono inoltre tempi di stampa più lunghi e lavoro e competenze aggiuntivi necessari per generarli correttamente. Il documento discute come aggirare alcuni di questi ostacoli, tra cui l’ottimizzazione dell’orientamento della parte e della struttura dei supporti, nonché l’uso di supporti sacrificali o solubili o di bagni di supporto.
Nello studio, i ricercatori hanno dato un’occhiata ad altre pubblicazioni che sono state dedicate alle strutture di supporto per la stampa 3D e hanno scoperto che la maggior parte di esse è focalizzata sulla stampa 3D FDM, piuttosto che sui processi di stampa 3D metallici.
“La ragione di questo è molto probabilmente a causa dell’inevitabile e più alta richiesta di supporto in FDM e della popolarità della tecnica di stampa”, affermano i ricercatori. “FDM ha bisogno di materiale sotto lo strato stampato poiché è basato sull’estrusione, mentre per i processi in polvere, la polvere potrebbe assumere il ruolo di supporto. Inoltre, la polvere non utilizzata che funge da supporto può essere riutilizzata, in una certa misura, in futuro. Tuttavia, i supporti fabbricati in processi basati su estrusione non sono generalmente riutilizzabili, a meno che i supporti non vengano ricostruiti in filamenti. Per i processi a letto in polvere, il materiale di supporto è generalmente per migliorare gli sforzi termici durante la produzione e per ancorare la parte stampata all’interno del volume di costruzione. ”
Molti degli studi riportati si concentrano sull’ottimizzazione dell’orientamento delle parti al fine di ridurre al minimo l’utilizzo del supporto, ma altri sono dedicati a eliminare del tutto l’utilizzo del supporto. Un gruppo di ricerca ha cercato di utilizzare un metodo di deposizione inclinato per FDM, ma il metodo è un po ‘complesso e comporta il controllo della direzione dell’ugello. Un’altra proposta riguardava l’uso di acqua o ghiaccio come supporto per le costruzioni SLA.
“Sebbene questa strategia sembri eliminare usando il materiale della parte come supporto, richiede invece il riscaldamento e il raffreddamento ripetuti dell’acqua per indurre il cambiamento di fase necessario, che può essere meno efficiente dal punto di vista energetico”, sottolineano i ricercatori.
La progettazione delle strutture di supporto dovrebbe essere basata su diversi principi. Il supporto dovrebbe essere in grado di impedire che la parte si collassi o deformi, specialmente l’area del contorno esterno; per i processi metallici, è necessario prendere in considerazione stress e sforzi e la modellazione della simulazione termica può essere presa in considerazione per la progettazione. La connessione tra i supporti e la parte finale dovrebbe essere la forza minima necessaria, in modo che la rimozione sia il più semplice possibile e l’area di contatto tra il supporto e la parte finale dovrebbe essere il più piccola possibile per ridurre al minimo i danni. Dovrebbero essere considerati anche il consumo di materiale e il tempo di costruzione.
Le strutture di supporto sono inevitabili in molti processi di stampa 3D, concludono i ricercatori, ma occorrerebbe uno sforzo maggiore per ridurre al minimo gli effetti negativi dei supporti. Nella ricerca che hanno valutato, ci sono state alcune lacune che hanno evidenziato, inclusa la mancanza di un metodo completo per ridurre il materiale di supporto mantenendo la resistenza meccanica e la qualità della finitura superficiale.
“Inoltre, alcuni metodi innovativi e creativi che possono minimizzare o addirittura ottenere il supporto zero per AM sono urgentemente necessari”, concludono i ricercatori. “In futuro è necessario adottare la modellazione della struttura di supporto, in particolare per i processi metallici. Inoltre, in futuro sarà necessario creare un modello standardizzato e criteri uniformi per confrontare in modo equo i diversi metodi di supporto e scegliere la strategia più economica. Infine, l’ottimizzazione della topologia è necessaria per essere integrata in strutture di supporto per ridurre ulteriormente i materiali utilizzati, rendendo AM una tecnologia più sostenibile “.
Gli autori del documento includono Jingchao Jiang, Xun Xu e Jonathan Stringer
