L'acciaio al carbonio e l'acciaio strutturale possono essere stampati in 3D su larga scala utilizzando la tecnologia WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing). Grazie all'impiego di un sistema robotizzato di deposizione multiasse e di filo di saldatura industriale standard, è possibile stampare su richiesta componenti in acciaio destinati a sopportare carichi pesanti, aggirando completamente i limiti spaziali delle camere di stampa 3D convenzionali.
Per ambienti marini altamente corrosivi o applicazioni specializzate con utensili per impieghi gravosi, MX3D gestisce inoltre programmi di qualificazione approfonditi per la stampa 3D in acciaio inossidabile , acciaio inossidabile super duplex e acciai per utensili personalizzati. Nella produzione di nodi offshore, componenti navali o staffe per macchinari pesanti, l’utilizzo della tecnologia WAAM per l’acciaio strutturale offre flessibilità geometrica e una notevole riduzione dei lunghi tempi di consegna della catena di approvvigionamento.
Perché il WAAM è la soluzione ideale per l'acciaio a basse emissioni di carbonio e l'acciaio strutturale
Gli aspetti economici e i vincoli fisici della produzione additiva dipendono dal processo scelto. Sebbene i sistemi a fusione su letto di polvere eccellano nella stampa di componenti piccoli e precisi, diventano economicamente insostenibili per parti strutturali di grandi dimensioni a causa del costo astronomico delle polveri atomizzate specializzate e delle dimensioni limitate delle camere di costruzione.
L'acciaio a basso tenore di carbonio è ideale per la produzione additiva ad arco con filo (WAAM). È molto diffuso perché è relativamente economico e funziona perfettamente con le attrezzature standard per la saldatura ad arco con gas e filo metallico (GMAW). L'acciaio ad alto tenore di carbonio, invece, non è ideale per le applicazioni WAAM.
Il WAAM è stato progettato specificamente per la produzione industriale su larga scala. Grazie all’utilizzo di fili di alimentazione economici, disponibili a livello globale e saldabili, il costo di acquisto dei materiali si riduce in modo significativo. Questa struttura dei costi estremamente vantaggiosa si accompagna a un’eccezionale velocità di deposizione, che consente ai bracci robotici industriali di depositare da 2 a 8 chilogrammi di acciaio all’ora in modo continuo.
Questa capacità è perfettamente in linea con la produzione di componenti di grandi dimensioni con forma quasi definitiva. Grandi nodi strutturali, staffe complesse, basi per macchinari pesanti e sezioni personalizzate per il settore offshore o della cantieristica navale possono passare da un file CAD digitale a un pezzo fisico a piena densità nel giro di pochi giorni o settimane. Realizzando pezzi di oltre 6 metri e oltre 20 tonnellate con una minore quantità di materiale di scarto, la tecnologia WAAM riduce notevolmente gli scarti sottrattivi della lavorazione CNC e i tempi di consegna degli utensili, che durano mesi, associati alla fusione pesante tradizionale.
Stampe in acciaio MX3D
Le seguenti qualità certificate di acciaio al carbonio e acciaio strutturale rappresentano l’ecosistema di materiali di base disponibile per la deposizione robotizzata di pezzi di grandi dimensioni.
Acciai al carbonio / acciai bassolegati
- ER70S-6 (acciaio dolce): Conforme alle norme AWS A5.18 / EN ISO 14341, è il materiale di riferimento per le strutture in generale nel settore. È caratterizzato da un elevato contenuto di silicio che garantisce un’eccellente fluidità del bagno di fusione durante la deposizione robotizzata. È ampiamente utilizzato per le strutture portanti nell’edilizia pesante, le basi di macchinari in generale e i nodi strutturali.
- Serie ER80S (ER80S-D2, ER80S-Ni1, ER80S-Ni2): Conformi alla norma AWS A5.28, questi fili a bassa lega (come l’ER80S-D2 legato con molibdeno) vengono utilizzati per la saldatura di lamiere strutturali ad alta resistenza e per applicazioni che richiedono un’elevata tenacità all’urto a basse temperature. Sono un elemento fondamentale nella costruzione navale in climi freddi e nella fabbricazione localizzata di macchinari pesanti.
Acciai a bassa lega ad alta resistenza (HSLA)
- ER100S-G, ER110S-G ed ER120S-G: Questi tipi di acciaio ad alta resistenza sono progettati per ambienti che richiedono un limite di snervamento eccezionale e un'elevata tenacità agli urti. Trovano ampio impiego in strutture in acciaio critiche, condotte per impieghi gravosi e macchinari specializzati per la difesa.
- NiMo e NiCrMo: Questi fili in lega ad alta resistenza vengono utilizzati per gestire carichi dinamici estremi, rendendoli la scelta ideale per applicazioni strutturali ad alto rendimento, nodi offshore e macchinari pesanti all'avanguardia.
Panoramica del portafoglio di prodotti in acciaio strutturale di WAAM
| Classe di livello | Esempi tipici | Classe di resa tipica | Applicazione primaria | Velocità di deposizione |
| Acciaio al carbonio | ER70S-6 | ~400–450 MPa | Struttura portante generale, basi | 2–8 kg/h |
| Acciaio standard a bassa lega | ER80S-D2, ER80S-Ni1 | ~470–550 MPa | Costruzione navale in condizioni climatiche rigide, macchinari pesanti | 2–8 kg/h |
| Acciaio HSLA | Da ER100S-G a ER120S-G, NiMo, NiCrMo | ~690–830 MPa | Nodi strutturali offshore ad alto rendimento | 2–8 kg/h |
Proprietà meccaniche dell'acciaio WAAM
Per poter impiegare con sicurezza i componenti WAAM in ambienti sottoposti a sollecitazioni strutturali, gli ingegneri necessitano di prestazioni metallurgiche verificabili. Gli acciai strutturali depositati con la tecnologia WAAM raggiungono costantemente proprietà meccaniche paragonabili o superiori a quelle degli acciai forgiati.
Sulla base di rigorosi test interni e di certificazioni effettuate da enti terzi, lo standard ER70S-6 (acciaio al carbonio) garantisce proprietà altamente uniformi:
- Resistenza alla trazione massima (UTS): 490 MPa, A% è esatto
- Resistenza alla trazione: 375 MPa
- Allungamento: 25 – 30%
Per le varianti a bassa lega e maggiore resistenza, i limiti di snervamento aumentano in modo significativo, pur mantenendo una duttilità funzionale e una robusta tenacità all’urto Charpy. Poiché la tecnologia WAAM deposita il materiale strato dopo strato, può talvolta verificarsi un’anisotropia microstrutturale intrinseca. MX3D controlla rigorosamente questo aspetto attraverso un avanzato sequenziamento robotizzato dei percorsi utensile e strategie simmetriche di gestione termica.
Laddove sono richieste prestazioni isotropiche massime, i componenti vengono sottoposti a specifici trattamenti termici post-saldatura (PWHT) e a cicli di distensione. Confrontando questo approccio con quello dell’acciaio strutturale laminato o forgiato, la tecnologia WAAM garantisce una sicurezza meccanica di base del tutto equivalente, ma offre l’enorme vantaggio di una libertà geometrica illimitata e di tempi di consegna notevolmente ridotti.
Post-elaborazione e certificazione
Poiché il WAAM è un processo di produzione “near-net-shape”, i componenti depositati presentano una caratteristica finitura superficiale a nervature. Il flusso di lavoro ingegneristico prevede precise tolleranze di lavorazione precise per le stampe metalliche near-net-shape per garantire che le interfacce funzionali critiche possano essere lavorate con macchine a controllo numerico (CNC) secondo tolleranze dimensionali finali esatte, mentre le aree non funzionali possono spesso rimanere tranquillamente nello stato in cui sono state stampate.
Per garantire l’integrità strutturale richiesta dalle norme di sicurezza civile e marittima, MX3D opera secondo protocolli completi di garanzia della qualità. Ogni strato critico può essere valutato utilizzando rigorosi metodi di controllo non distruttivo per i componenti WAAM realizzati con tecnologia robotizzata , tra cui i controlli a ultrasuoni e con liquidi penetranti.
L'ambiente di produzione di MX3D è supportato da un solido percorso di certificazione ottimizzato per l'industria pesante:
- Certificazione DNV: Produzione pienamente conforme alle norme per componenti offshore pesanti.
- Sezione IX dell'ASME: Verifica dell’integrità strutturale delle attrezzature a pressione.
- ISO 9001: Rigoroso rispetto dei sistemi internazionali di gestione della qualità.
Applicazioni
La stampa su acciaio strutturale di grande formato offre notevoli vantaggi strategici nei settori ad alta intensità di capitale, in cui sono fondamentali geometrie particolari o catene di approvvigionamento rapide.
Strutture offshore ed energetiche : L'impiego di componenti in acciaio HSLA altamente resistenti, quali nodi strutturali personalizzati, raccordi specializzati per tubazioni e corpi valvola pesanti, consente alla stampa 3D nelle applicazioni del settore petrolifero e del gas di aggirare i lunghi tempi di consegna della forgiatura, rispettando al contempo i rigorosi codici strutturali API e DNV.
Costruzione navale : Produzione su misura e su richiesta di staffe marittime e segmenti strutturali per basse temperature, riducendo drasticamente i ritardi in bacino di carenaggio.
Architettura ed edilizia : Progettazione di grandi nodi strutturali in acciaio ottimizzati dal punto di vista topologico e di complessi elementi di collegamento per edifici direttamente dai progetti digitali.
Macchinari pesanti e difesa : Garantiamo la resilienza della catena di approvvigionamento grazie alla produzione rapida di attrezzature personalizzate, staffe di trasporto e ricambi per strutture obsolete.
La principale conferma dell’efficacia dell’acciaio strutturale WAAM risiede nella sua applicazione nel mondo reale. MX3D ha aperto la strada a importanti traguardi strutturali, come il progetto “Pioneer” dell’Imperial College, incentrato sull’acciaio strutturale ibrido, e il connettore in acciaio su misura connettore in acciaio di Takenaka , dimostrando come la pianificazione del percorso multiasse riesca a soddisfare senza difficoltà i rigorosi codici di sicurezza dell’ingegneria civile.
Come ordinare un componente in acciaio presso la nostra azienda
L'approvvigionamento di componenti strutturali in acciaio realizzati con la tecnologia WAAM è un processo semplificato, progettato per favorire una rapida implementazione industriale. Per le organizzazioni che necessitano di una produzione immediata dei componenti, la nostra struttura di assistenza esegue contratti di stampa su richiesta. In alternativa, per le operazioni aziendali su larga scala, MX3D fornisce sistemi robotizzati M1 WAAM completi e chiavi in mano per l'implementazione interna in fabbrica.
Per avviare una richiesta di produzione con stampa su richiesta, il nostro team tecnico richiede:
- Geometria digitale: Un modello CAD che delinea i contorni del componente.
- Specifiche relative alla classe di resa: Selezione della classe di resa richiesta (ad es., ER70S-6 per strutture standard, ER100S-G o superiore per applicazioni ad alta resa).
- Requisiti di certificazione: Identificazione delle prove necessarie, dei protocolli di distensione o delle classificazioni marittime di terze parti (Lloyd’s Register, DNV, ecc.).
Domande frequenti
È possibile stampare in 3D l'acciaio al carbonio?
Sì, l'acciaio al carbonio può essere stampato in 3D in modo robusto e su larga scala utilizzando la tecnologia WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing). A differenza dei sistemi a fusione su letto di polvere, che presentano limitazioni in termini di dimensioni dei pezzi, la tecnologia WAAM utilizza filo di saldatura industriale standard (come l'ER70S-6) e robotica multiasse per depositare in modo continuo grandi componenti strutturali in acciaio che si estendono per diversi metri.
Quali tipi di acciaio possono essere stampati in 3D?
MX3D offre una gamma completa di tipi di acciaio al carbonio e acciaio strutturale. Questa comprende acciai dolci standard come l’ER70S-6, fili a bassa lega come l’ER80S-D2 per applicazioni a bassa temperatura e varianti ad alta resistenza e bassa lega (HSLA) come l’ER100S-G e il NiMo per impieghi con carichi elevati.
Quanto è resistente l'acciaio stampato in 3D?
Quando viene depositato mediante processi WAAM controllati, l’acciaio stampato in 3D raggiunge un’eccellente integrità meccanica. Ad esempio, l’acciaio al carbonio standard ER70S-6 utilizzato nella tecnologia WAAM raggiunge una resistenza alla trazione massima compresa tra 500 e 550 MPa e un limite di snervamento compreso tra 400 e 450 MPa, rendendolo strutturalmente idoneo per l’edilizia civile e l’industria pesante.
L'acciaio stampato in 3D è resistente quanto l'acciaio forgiato?
Sì, se prodotti nel rispetto di rigorosi controlli di qualità e sottoposti ad adeguati trattamenti termici post-saldatura, gli acciai strutturali depositati con il processo WAAM raggiungono abitualmente proprietà meccaniche vicine o del tutto equivalenti a quelle dell’acciaio forgiato tradizionale.
È possibile stampare in 3D componenti strutturali in acciaio?
Assolutamente sì. WAAM viene utilizzato attivamente per la produzione di grandi componenti strutturali in acciaio certificati, tra cui nodi per condotte offshore, supporti marittimi pesanti e collegamenti architettonici ottimizzati dal punto di vista topologico. La produzione di acciaio strutturale di MX3D è supportata da rigorosi percorsi di certificazione Lloyd’s Register e DNV.
Comprendere la tecnologia
Per approfondire le nostre capacità in materia di materiali, consulta la nostra guida completa sui materiali WAAM e la certificazione , oppure scopri come la deposizione robotizzata si confronta direttamente con le tradizionali operazioni di fonderia nella nostra analisi approfondita su WAAM vs fusione e forgiatura .
