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L’efficienza dei materiali compositi e l’Additive Manufacturing: con Markforged si può

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Markforged ha portato la stampa 3D a un livello abbordabile, realizzando macchine di fabbricazione additiva basate sul sistema “Continuous Fiber Fabrication (CFF)”. Questo sistema consiste nel rinforzare in fibra continua di Vetro, Kevlar e Carbonio all'interno di una matrice polimerica (Onyx, Onyx FR e Nylon White). Ciò rende il processo di prototipazione funzionale e di produzione additiva in generale più semplice e conveniente. Ottenere parti definitive o prototipi concettuali, tecnici e funzionali in breve tempo e con qualità meccaniche ed estetiche molto alte garantisce alle aziende, dalle più piccole alle più grandi, l’abbattimento di tempi e costi.

 

 

Come funziona la macchina

 

La stampante ha due ugelli di stampa:

 

  • - 1. uno che fissa un filamento di polimero, ovvero la matrice, che solitamente può essere Onyx, Onyx FR (ritardante di fiamma) e Nylon White;
  • - 2. il secondo deposita un rinforzo in fibra continua sullo strato desiderato (scelto in modo appropriato sul software proprietario Eiger).

 

Mentre molti materiali di stampa 3D sono costituiti da filamenti di fibra di carbonio tritati, le fibre composite continue di Markforged aumentano la resistenza a trazione e alla flessione di un ordine di grandezza, rispetto ai primi. Questo vuol dire che, ad esempio, dati due componenti uguali A e B, di cui il primo rinforzato con fibre corte ed il secondo con fibra lunga, le loro caratteristiche meccaniche sono completamente diverse: quello rinforzato in fibra lunga è molto più resistente e performante rispetto al componente rinforzato con la semplice fibra corta.

 

Nella Figura 1 vengono riportate delle curve sforzo-deformazione, che riassumono quanto detto sopra. Si noti l’enorme contributo, in termini di resistenza meccanica, che la fibra è in grado di dare alle parti.

 

 

 

Figura 1: curve sforzo deformazione. A sinistra i materiali polimerici normalmente utilizzati come matrice, a destra le fibre.


 

Eiger, connubio di semplicità ed efficacia

 

Ciò che spesso manca tra l’utente e la macchina di fabbricazione additiva è un’interfaccia software semplice ed efficace che consenta di gestire al meglio le esigenze progettuali e la messa in macchina del componente. Quest’ultima fase diventa quella più delicata nel contesto di stampa 3D, perché è quella che garantisce un’efficiente riuscita del processo finale. Markforged, nell’ingegnerizzazione dei propri prodotti, ha messo a punto un software dedicato, di nome Eiger.

 

Quest’ultimo, oltre ad essere semplice ed intuitivo, consente di:

 

  • - orientare la parte;
  • - prevedere i supporti (messi in automatico una volta eseguito il punto 1);
  • - predisporre la tipologia di materiale con conseguente infill (triangolare, esagonale, rettangolare o pieno e con densità finale della parte modulabile);
  • - scegliere il tipo e la disposizione del rinforzo in fibra continua;
  • - fare lo slicing di quanto impostato nei punti precedenti. 

 

Non solo: come si evince dalla Figura 2, Eiger mostra costi, tempi e materiale utilizzato per la stampa, dando un’idea precisa e accurata di quello che sarà il processo finale di stampa 3D.

 

 

Figura 2: esempio schermata iniziale di Eiger

 

Rinforzo in fibra continua, disposizione “concentrica o “isotropica”

 

Il sistema Eiger di Markforged consente di gestire al meglio la disposizione della fibra lunga nella parte, secondo due logiche distinte:

 

  • - disposizione “concentrica”, nel quale viene fatto un offset del contorno della parte e disposto il rinforzo (è possibile scegliere quanti “offset” mettere e, in più, se farlo lungo le pareti più esterne, in quelle più interne o su entrambi);
  • - disposizione “isotropica”, che simula i singoli strati unidirezionali di un composito laminato tradizionale (dispone, in altri termini, il rinforzo seguendo la logica della “serpentina”). Eiger, in questo caso, dispone i vari strati di “serpentine” orientati a 45° rispetto al layer precedente.

 

Un dettaglio di entrambe le soluzioni viene riportato nella Figura 3:

 

 

Figura 3: Rinforzo in fibra concentrica (in blu, parte superiore); rinforzo in fibra isotropica (in blu, parte inferiore).

 

Si noti che Eiger dà la possibilità di disporre il rinforzo layer per layer: questo vuol dire che diventa possibile realizzare parti con strutture a sandwich combinate (ad es. concentrico + isotropico + concentrico).

 

Conclusioni

 

Il sistema Markforged consente di gestire dall’inizio alla fine il processo di stampa 3D, grazie ad una suite completa che include macchina di fabbricazione additiva, materiali e software di gestione. Le stampanti della serie Desktop (variante più piccola) e Industrial (più grandi e sofisticate) consentono, quindi, di assecondare le più svariate richieste del progettista, consentendo operazioni di riprogettazione di parti precedentemente realizzate con la manifattura tradizionale e, spesso, operazioni di metal replacement.


 

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2019-06-04 11:10


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