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Perché il processo WAAM è migliore rispetto alla fusione e alla forgiatura?
La produzione additiva ad arco con filo (WAAM) è una tecnologia utilizzata per la stampa di metalli che consente di ottenere componenti più resistenti, più veloci e più sostenibili, in grado di soddisfare le esigenze delle aziende e dei settori industriali di tutto il mondo che necessitano di una soluzione di stampa affidabile, efficiente e scalabile, disponibile 24 ore su 24, 7 giorni su 7, nonché di un flusso di lavoro e di un processo di stampa completamente controllati e monitorati. La maggiore rapidità è un aspetto fondamentale in cui la WAAM prevale sui metodi di fusione e forgiatura, che rappresentano le tecniche più tradizionali nella produzione additiva. Poiché la WAAM elimina quasi completamente la necessità di attrezzature dedicate e lunghi tempi di consegna, è in grado di fornire parti metalliche funzionali in pochi giorni anziché in settimane, accelerando notevolmente la prototipazione, il time-to-market e le riparazioni in loco.
Inoltre, la tecnologia WAAM offre vantaggi significativi in contesti in cui i metodi di produzione tradizionali incontrano difficoltà in termini di costi, tempi di consegna o flessibilità. Ad esempio, abbiamo stampato una girante in bronzo in modo molto più rapido e preciso rispetto a quanto sarebbe stato possibile ottenere con i metodi di fusione o forgiatura. Per quanto riguarda i tempi di consegna, i risultati finali del progetto della girante in bronzo, grazie al fatto che è stata stampata con la tecnologia WAAM, hanno garantito una stampa molto veloce, consentendo di ottenere tempi di realizzazione molto più brevi e, di conseguenza, tempi di consegna ridotti. Parlando di numeri, i tempi di stampa WAAM per questo progetto sono stati pari a un mese, a differenza dei tempi di consegna tipici dei metodi di fusione e forgiatura, che corrispondono a 6-8 mesi. Le aziende sanno quanto siano importanti le procedure che consentono di risparmiare tempo, specialmente quando si tratta di consegna dei progetti, investimenti di capitale e fasi successive volte a evitare inutili revisioni e complessità, tutte questioni che possono essere risolte utilizzando la tecnologia WAAM e il software dedicato MetalXL .
Quando ricorrere alla produzione additiva e come scegliere la tecnologia più adatta?
La produzione additiva ad arco con filo è in grado di fornire un primo articolo in 2-4 settimane, mentre la fusione in sabbia richiede in genere dalle 16 alle 24 settimane per la realizzazione degli stampi, la fusione, la pulizia e la lavorazione meccanica (a seconda del pezzo). Quando il costo dei tempi di inattività supera il costo di produzione, la WAAM diventa l'opzione più economica. Questo ragionamento di risparmio sui costi si applica in particolare alle aziende che necessitano di una stampa continua e costante, poiché questo metodo di stampa garantisce un risultato decisamente significativo in termini di risparmio di tempo e denaro, rivelandosi la soluzione migliore per la maggior parte dei progetti di stampa.
Anche se siamo consapevoli che i metodi tradizionali possono essere utilizzati per progetti o richieste specifiche, la tecnologia WAAM rimane una soluzione decisamente più efficiente, flessibile ed efficace. Proprio questa flessibilità e adattabilità della tecnologia sono elementi chiave nella scelta di questo metodo di stampa per progetti e geometrie complesse. Il WAAM permette alle aziende di soddisfare al meglio le proprie esigenze di stampa in determinate situazioni, ottenendo la stampa di parti complesse con una precisione decisamente maggiore e uno spreco di materiale minore, tutte caratteristiche con una continuità nel flusso di lavoro che altri metodi non possono garantire, anche grazie alla possibilità di stampare su più assi e soprattutto di poter stampare 24 ore su 24, controllando il tutto tramite il nostro avanzato software dedicato MetaXL WAAM.
Il software garantisce il pieno controllo di tutti i parametri e del flusso di lavoro, consentendo al contempo la personalizzazione e l'adattamento di tutte le impostazioni di processo e delle fasi di stampa necessarie per garantire una stampa pulita, precisa ed efficiente sin dal momento in cui il processo di stampa viene avviato tramite il software. Consente di ottenere prestazioni e produttività migliorate grazie a sensori dinamici che garantiscono un controllo e un monitoraggio continui.
WAAM, fusione e forgiatura: confronto diretto
Le tabelle seguenti riassumono le differenze più significative tra il processo WAAM e i processi di produzione tradizionali. Questi valori riflettono le prestazioni tipiche della tecnologia MX3D, nonché le norme di settore, gli standard di qualità e quelli produttivi.
Tabella 1
| Fattore | WAAM (AM ad arco metallico) | Fusione in sabbia | Fusione a cera persa | Forgiatura |
|---|---|---|---|---|
| Tempi di consegna (primo articolo) | da 2 a 4 settimane | da 10 a 16 settimane | da 12 a 20 settimane | da 14 a 24 settimane |
| Attrezzatura necessaria | Nessuno | Modelli e stampi | Modelli in cera e stampi in ceramica | Questo |
| Costi di attrezzaggio | €0 | Da 8.000 € a 60.000 € | Da 15.000 € a 120.000 € | Da 60.000 € a 500.000 € |
| Quantità minima d'ordine | 1 | da 10 a 50 | da 50 a 100 | |
| Gamma di dimensioni dei pezzi | Fino a 6,5 metri | Fino a 5 metri | Fino a 1 metro | Fino a 3 metri |
| Velocità di deposizione | Da 3 a 12 kg all'ora (acciaio) | Non applicabile | Non applicabile | Non applicabile |
| Utilizzo dei materiali | dall'85 al 92 per cento | dal 60 al 70 per cento | dall'85 al 95 per cento | dal 50 al 60 per cento |
Tabella 2
| Fattore | WAAM (AM ad arco metallico) | Fusione in sabbia | Fusione a cera persa | Forgiatura |
|---|---|---|---|---|
| Finitura superficiale (allo stato di produzione) | Da 30 a 45 micrometri | Da 12 a 25 micrometri | Da 3 a 6 micrometri | Da 6 a 12 micrometri |
| Proprietà meccaniche | Paragonabile al ferro battuto o forgiato dopo il trattamento termico | Di qualità inferiore al ferro battuto | Variabile | Ottimo grazie alla fluidità delle fibre |
| Costo della modifica progettuale | Solo aggiornamento software | Nuovi modelli e stampi | Nuovi stampi in cera e ceramica | Nuovi stampi |
| Post-elaborazione | Lavorazione CNC e trattamento termico | Pulizia e lavorazione meccanica | Lavorazione minima | Lavorazione meccanica |
| Ideale per | Piccoli volumi, pezzi di grandi dimensioni, consegna rapida | Volumi medio-alti, forme complesse | Alta precisione, pezzi di piccole e medie dimensioni | Componenti strutturali ad alta resistenza |
Questi valori rappresentano le prestazioni tipiche. I risultati effettivi variano a seconda della geometria, del tipo di materiale e dei requisiti di certificazione.
Quando preferire il WAAM alla fusione o alla forgiatura (Guida alla scelta tra WAAM, fusione e forgiatura)
Materiali WAAM: ampia disponibilità e adattabilità
Per quanto riguarda materiali che possiamo utilizzare per stampare con questa tecnologia , un altro aspetto molto positivo del WAAM è che questa tecnica di stampa può essere praticamente scelta per stampare con qualsiasi tipo di filo di saldatura, come le leghe. I materiali vengono valutati e selezionati per garantire alti livelli di qualità seguendo gli standard di certificazione, garantendo efficienza e solidità, assicurando la qualità complessiva e la durata del pezzo stampato nei vari materiali disponibili. L'ampia disponibilità di fili di saldatura e il processo di stampa continuo, senza fusione separata delle parti, strato dopo strato, garantiscono che il pezzo stampato finale sia pienamente funzionante e pronto per essere utilizzato per gli scopi previsti.
Produzione in piccole serie o su misura
Un altro aspetto importante per cui la tecnologia WAAM risulta superiore rispetto ad altri metodi e garantisce tempi di consegna più rapidi è il fatto che non richiede stampi e matrici, risultando così più semplice in termini di passaggi necessari per avviare la stampa e monitorarla. Un esempio dell’applicazione di questa tecnologia e dei suoi vantaggi è il nostro progetto relativo alla girante in bronzo, che verrà approfondito nel corso del testo. Il fatto che questo metodo non richieda stampi consente di ridurre gli sprechi di materiale e, di conseguenza, i costi complessivi del progetto, portando a un uso più oculato dei materiali e delle risorse per ogni parte stampata.
Un altro vantaggio è che il processo WAAM elimina la necessità di attrezzature, mentre la fusione richiede modelli e stampi e la forgiatura richiede matrici; tali attrezzature devono essere progettate, realizzate e collaudate prima che sia possibile produrre il primo pezzo. La minore necessità di pezzi iniziali o di ulteriori test e attrezzature comporta anche una notevole riduzione degli scarti di materiale e delle lavorazioni CNC (fresatura) richieste. Per quantità comprese tra uno e dieci pezzi, il WAAM offre in genere il costo totale più basso poiché non vi sono utensili da ammortizzare e rappresenta l'opzione che le aziende devono scegliere.
Inoltre, la curva dei costi per il WAAM è relativamente variabile, poiché le ore di manodopera, i tempi di lavorazione meccanica e i tempi di stampa dipendono tutti dalla scelta del materiale, dalla geometria e dalla complessità del pezzo stampato. Il costo per pezzo rimane costante poiché il processo è determinato dai tempi di deposizione, dai tempi di lavorazione meccanica e dal consumo di materiale. La fusione presenta un costo iniziale elevato dovuto agli stampi, ma il costo per pezzo diminuisce rapidamente all’aumentare dei volumi. Per quanto riguarda i componenti tipici MX3D, il punto di pareggio tra WAAM e fusione si verifica tra le 15 e le 40 parti, a seconda della geometria e della complessità.
Parti obsolete per le quali non esistono più gli stampi: WAAM è la soluzione a questo problema
Molti sistemi obsoleti si basano su componenti per i quali gli stampi o le matrici originali non esistono più. Ricreare gli stampi per un singolo pezzo di ricambio è raramente conveniente dal punto di vista economico. La tecnologia WAAM consente la produzione direttamente da disegni 2D o scansioni 3D, rendendola ideale per le attrezzature di difesa, le turbine per la produzione di energia, i sistemi di propulsione marittima e i macchinari industriali con una lunga durata. Il reverse engineering, combinato con la tecnologia WAAM, offre una soluzione pratica per ripristinare componenti obsoleti senza la necessità di ricorrere alla costosa ricreazione degli stampi.
Iterazione progettuale e prototipazione
Il WAAM consente agli ingegneri di modificare i progetti senza dover sostenere nuovi costi di attrezzaggio. Il vantaggio in termini di risparmio consiste nel fatto che una modifica al progetto richiede solo un aggiornamento del software; ciò rende il WAAM particolarmente efficace per la prototipazione di componenti metallici di grandi dimensioni, per testare diverse varianti progettuali e livelli di complessità, per iterare su strutture ottimizzate dal punto di vista topologico e per verificare la producibilità prima di procedere alla fusione o alla forgiatura.
Questa tecnologia rivoluziona i tempi di produzione e la struttura dei costi dei componenti metallici di grandi dimensioni, eliminando molti dei vincoli insiti nei metodi convenzionali. Anziché ricorrere a stampi, matrici o attrezzature che richiedono lunghi tempi di consegna, la tecnologia WAAM realizza i componenti direttamente a partire da modelli digitali, abbreviando così i cicli di sviluppo e aprendo nuove possibilità progettuali.
Ripetibilità, generazione di modelli, velocità di stampa e libertà geometrica con la tecnologia WAAM
Le parti ripetitive possono essere ottimizzate con WAAM creando un unico modello e riutilizzandolo durante l'intero processo, eliminando così la necessità di ripetere i test e altre fasi superflue. Questo approccio diventa ancora più vantaggioso quando si lavora con progetti caratterizzati da una geometria complessa, poiché consente di produrre componenti più complessi in un'unica stampa. Anziché realizzare più pezzi fusi o forgiati e saldarli insieme, l'intera struttura può essere prodotta come un unico pezzo integrato, migliorando l'efficienza, la precisione e l'integrità strutturale complessiva.
Inoltre, con i sistemi WAAM, come ad esempio sistemi MX3D Metal AM M1 e MX , è possibile stampare più strati in modo continuo senza dover saldare e separare i pezzi. Questo aspetto fondamentale della tecnologia rende il flusso di lavoro dei progetti più controllabile e veloce e rende la geometria dei pezzi molto più solida, resistente e dettagliata, eliminando anche effetti indesiderati e imperfezioni come la presenza di bolle che potrebbero verificarsi utilizzando altri metodi tradizionali, quali la fusione e la forgiatura, a causa dell’unione di diversi pezzi che si fondono mentre sono a contatto con l’aria.
Grazie alla competenza e ai casi tracciabili, trasparenti e affidabili legati legati a un'ampia attività di ricerca e sviluppo, la tecnologia MX3D WAAM apre nuove possibilità per diverse aziende e settori alla ricerca di un fornitore affidabile per un prodotto stampato finale con tempi di consegna rapidi, meno spreco di materiale, maggiore controllo sull'intero processo e maggiori dettagli.
Geometria di stampa: i progetti MX3D presentano sfide e livelli di complessità diversi, ma utilizzano tutti la stessa tecnologia WAAM
Da un lato, un esempio di stampa geometrica veloce e resistente realizzata da MX3D è il progetto della girante in bronzo . La stampa della girante è una delle dimostrazioni più evidenti di come la tecnologia WAAM sposti i confini di ciò che è possibile nella produzione industriale e rappresenti una soluzione chiavi in mano.
Abbiamo realizzato una girante in bronzo al nichel-alluminio del peso di 350 chilogrammi per la centrale elettrica Amercoeur di ENGIE, un componente che tradizionalmente avrebbe richiesto dai 6 agli 8 mesi di tempi di produzione tramite fusione. Grazie alla tecnologia robotizzata WAAM, l’intero componente è stato stampato in 9 giorni, raggiungendo una velocità media di deposizione di 3,2 chilogrammi all’ora e utilizzando diversi set di parametri qualificati. Il programma è iniziato con un'approfondita validazione dei materiali e dei parametri su piastre di prova per garantire le prestazioni meccaniche e la ripetibilità, essenziali per un componente rotante critico per la sicurezza. Una volta convalidato, il processo WAAM ha prodotto una geometria near-net-shape con una drastica riduzione degli scarti di materiale e una registrazione digitale della costruzione completamente tracciabile. Questo caso è significativo non solo per le dimensioni e la complessità del pezzo, ma anche perché rappresenta una delle prime installazioni operative di un componente critico di grandi dimensioni prodotto con la tecnologia WAAM nel settore energetico. Dimostra come la tecnologia WAAM possa comprimere i tempi di consegna, ridurre la dipendenza dagli stampi di fusione e consentire la produzione rapida di componenti mission-critical che altrimenti sarebbero ostacolati dalle catene di approvvigionamento tradizionali.
D'altra parte, un esempio di geometria complessa resa possibile dalla tecnologia WAAM è il progetto BMW Automotive, nell'ambito del quale MX3D ha collaborato alla stampa di un sistema di supporto per montanti delle sospensioni in un unico ciclo. Il risultato parla da sé: tempi di consegna più rapidi, geometria più resistente e una catena di fornitura più snella. Anche se questi componenti presentavano un'elevata complessità e richiedevano una stampa su più assi, la gestione è avvenuta senza alcun problema grazie ai sistemi MX3D Metal AM M e al software MetalXL WAAM, nonché all'esperienza e all'uso efficiente dei materiali.
Il Gruppo BMW ha dimostrato che la tecnologia WAAM è in grado di garantire la qualità di produzione in serie nel settore automobilistico utilizzando un sistema M1 e il flusso di lavoro MetalXL di MX3D per realizzare componenti strutturali che soddisfano i requisiti prestazionali in termini di carico ciclico senza ricorrere a una post-lavorazione completa della superficie. L'attenta messa a punto dei parametri di saldatura, la pianificazione del percorso del robot e il monitoraggio del processo hanno permesso di ottenere parti più leggere e rigide rispetto ai componenti pressofusi comparabili, riducendo al contempo lo spreco di materiale e il consumo energetico. Il programma ha combinato la validazione metallurgica mirata, la tracciabilità in-process e la finitura selettiva per garantire prestazioni meccaniche ripetibili su larga scala, dimostrando che il WAAM può passare dalla prototipazione alla produzione per applicazioni automobilistiche esigenti.
Confronto tra WAAM, fusione e forgiatura: i vantaggi della tecnologia WAAM
- La tecnologia WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) consente in genere di consegnare i componenti nel giro di poche settimane. La fusione o la forgiatura tradizionali richiedono spesso diversi mesi a causa della progettazione degli utensili, della realizzazione degli stampi e delle modifiche iterative necessarie prima ancora che la produzione possa avere inizio.
- WAAM elimina la necessità di attrezzature dedicate. I processi convenzionali si basano su stampi e matrici costosi, la cui produzione richiede tempo e denaro, soprattutto nel caso di geometrie di grandi dimensioni o complesse.
- La tecnologia WAAM deposita il materiale solo dove è necessario, consentendo di ottenere pezzi con forma quasi definitiva e un tasso di utilizzo del materiale pari a circa il 90%. La fusione e la forgiatura richiedono solitamente un'intensa lavorazione meccanica successiva, che genera una notevole quantità di scarti e aumenta sia i costi che l'impatto ambientale.
- WAAM consente di realizzare geometrie e livelli di complessità difficili o impossibili da ottenere con gli stampi, come sezioni cave, caratteristiche interne o strutture ottimizzate dal punto di vista topologico. I metodi tradizionali sono limitati dalle linee di divisione dello stampo, dagli angoli di sformo e da altri vincoli geometrici.
Sebbene la fusione e la forgiatura possano rappresentare una soluzione ideale rispetto alla WAAM sotto diversi aspetti tecnici ed economici specifici, la WAAM può rivelarsi la migliore opzione di stampa per alcune applicazioni e caratteristiche. In particolare, il confronto tra WAAM e forgiatura vede la WAAM prevalere ogni volta che i tempi di realizzazione degli stampi e i costi iniziali degli stessi superano il risparmio sul prezzo unitario.
WAAM vs fusione/forgiatura: un breve confronto
| Sfida | Perché la fusione e la forgiatura sono la scelta vincente | Quando WAAM funziona ancora |
| Parti identiche prodotte in grandi quantità | Costo unitario contenuto dopo l'ammortamento degli stampi | Tempi di consegna più brevi per i primi lotti; ideale per progetti in fase di sviluppo o produzioni pilota |
| Finitura superficiale eccezionale | La microfusione consente di ottenere una rugosità superficiale (Ra) compresa tra 3 e 6 μm al momento della fusione | Il sistema WAAM + la finitura CNC mirata riducono il tempo totale di lavorazione per le superfici di grandi dimensioni non critiche |
| Pareti sottili / dettagli raffinati | La fusione a letto di polvere e la fusione per fusione gestiscono dettagli inferiori al millimetro | WAAM è indicato per pezzi di medie e grandi dimensioni; da abbinare alla lavorazione meccanica o a inserti fusi per le finiture di precisione |
Produzione in serie (oltre 100 pezzi identici)
Per cicli di produzione lunghi e stabili, in cui i costi degli stampi vengono ripartiti su un numero elevato di unità, la fusione e la forgiatura offrono solitamente il costo unitario più basso e tempi di ciclo prevedibili. Il WAAM può comunque rappresentare una scelta pratica nelle prime fasi del programma, poiché elimina i tempi di consegna degli stampi e i costi irrecuperabili, consentendo la prototipazione rapida, la produzione di lotti pilota e la convalida del progetto prima di impegnarsi nella realizzazione di stampi o matrici. In situazioni in cui la domanda è incerta o i progetti sono destinati a evolversi, l'utilizzo del WAAM per le prime decine o centinaia di pezzi può ridurre il rischio e l'esborso di denaro, mentre si conferma la fattibilità economica degli stampi tradizionali. Anche quando i volumi finiscono per favorire la fusione o la forgiatura, un percorso ibrido, con il WAAM per le prime serie e il successivo passaggio alla fusione/forgiatura, spesso accorcia i tempi di immissione sul mercato e riduce il rischio complessivo del programma.
Componenti che richiedono una finitura superficiale di alta qualità
La microfusione e la forgiatura producono superfici di alta qualità già allo stato grezzo, riducendo al minimo la lavorazione a valle per molte superfici funzionali. I componenti realizzati con la tecnologia WAAM richiedono in genere una maggiore finitura superficiale per raggiungere valori Ra paragonabili a quelli della microfusione, ma ciò non ne preclude l'utilizzo: combinando una finitura CNC mirata sulle superfici critiche con le aree non critiche già stampate, la tecnologia WAAM è in grado di soddisfare i requisiti funzionali risparmiando al contempo tempo di lavorazione sull'intero componente. Ulteriori lavorazioni successive, come la fresatura localizzata, la pallinatura o i rivestimenti superficiali, possono portare le caratteristiche chiave entro i limiti di tolleranza senza dover rilavorare l'intero componente. Per le applicazioni in cui solo poche superfici richiedono una finitura accurata, il WAAM abbinato alla finitura selettiva può rappresentare un compromesso efficiente.
Elementi a pareti sottili o ultra-sottili
La geometria dei cordoni e i vincoli di processo del WAAM rendono difficile la stampa diretta di pareti di spessore inferiore al millimetro e di canali interni complessi, pertanto la fusione a cera persa e la fusione a letto di polvere rimangono le tecniche più adatte per questi dettagli fini. Il WAAM rimane una soluzione praticabile modificando l'approccio progettuale: stampare il volume strutturale di grandi dimensioni con il WAAM e incorporare inserti a pareti sottili, sottocomponenti fusi o moduli prodotti con PBF per le caratteristiche delicate. In alternativa, è possibile lavorare sezioni sottili dal materiale stampato o aggiungere manicotti brasati o imbullonati dove necessario, preservando i vantaggi del WAAM in termini di dimensioni e resistenza, mentre si affidano le geometrie ultra-sottili a processi ottimizzati per esse.
I vantaggi più ampi che fanno pendere la bilancia a favore di WAAM in molti progetti concreti
I punti di forza del WAAM – iterazioni rapide, bassi costi iniziali di attrezzaggio, capacità di produrre pezzi di grandi dimensioni ed eccellente idoneità per riparazioni e ricondizionamenti – lo rendono la scelta giusta in molti scenari reali, anche quando i metodi tradizionali lo superano in termini di prestazioni su specifici parametri. Per componenti strutturali di grandi dimensioni che superano i limiti di dimensione della fusione o della PBF, per riparazioni in loco che evitano la rimozione dei pezzi e lunghe catene logistiche, o per programmi che danno priorità alla velocità e alla flessibilità rispetto al costo unitario assoluto su larga scala, il WAAM offre spesso un valore decisivo. La combinazione del WAAM con lavorazioni mirate, inserti o assemblaggi ibridi consente ai team di ottenere il meglio di entrambi i mondi: i vantaggi geometrici ed economici della produzione additiva insieme alla qualità superficiale e ai dettagli precisi dei processi tradizionali.
WAAM vs. fusione/forgiatura: dati relativi a un progetto reale (progetto girante MX3D)
Il seguente confronto evidenzia e dimostra i vantaggi tipici della tecnologia WAAM per componenti a basso volume e alto valore, dove i costi degli stampi e i tempi di consegna sono fattori determinanti nella scelta. Che si tratti di un confronto tra WAAM e forgiatura o tra WAAM e fusione, i dati riportati di seguito mostrano i vantaggi, i tempi di produzione più brevi e i risparmi sui costi ottenibili utilizzando la tecnologia WAAM al posto dei metodi di produzione tradizionali.
| Fattore | WAAM (Progetto girante stampata) | Fusione/forgiatura tradizionale | Miglioramento |
|---|---|---|---|
| Tempi di consegna | 1 mese | 6-8 mesi | circa l'83-87% più veloce |
| Attrezzature / Stampi | Non richiesto | Stampi costosi + lunga fase di attrezzaggio | Eliminazione totale degli stampi |
| Rifiuti di materiale | Forma quasi definitiva (~10-20% di scarto) | Lavorazioni pesanti + creazione dei canali di colata (50-90% di scarti) | circa il 60-80% in meno di rifiuti |
| Costo | Nessun stampo, lavorazione meccanica ridotta; risparmio tipico con il processo WAAM: 30–50% | Costi elevati per gli stampi + tempi di lavorazione lunghi | ≈30-50% di riduzione dei costi |
| Flessibilità progettuale | È possibile realizzare geometrie complesse, cave e ottimizzate | Limitato dalla geometria dello stampo | Notevole aumento della libertà progettuale |
Quando la produzione tradizionale è ancora la scelta migliore
La fusione e la forgiatura rimangono metodi di produzione fondamentali. In alcuni casi rappresentano una scelta più indicata rispetto alla WAAM.
Produzione in serie di 100 o più pezzi identici
Una volta ammortizzati i costi degli stampi su centinaia di pezzi, la fusione risulta notevolmente più conveniente rispetto alla WAAM. Per la produzione in serie, la fusione abbinata alla lavorazione CNC garantisce in genere il costo unitario più basso. Anche la forgiatura diventa altamente competitiva per i componenti ad alta resistenza prodotti in grandi quantità.
Parti che richiedono una finitura superficiale di alta qualità
La fusione a cera persa consente di ottenere valori di rugosità superficiale compresi tra Ra 3 e 6 micrometri già allo stato grezzo. La tecnologia WAAM produce valori compresi tra Ra 30 e 45 micrometri e richiede una lavorazione CNC per qualsiasi superficie funzionale. Se un componente richiede tolleranze strette su tutte le superfici, l'impegno richiesto dalla lavorazione meccanica nel caso della tecnologia WAAM potrebbe superare i vantaggi offerti dalla produzione con forma quasi definitiva. In questi casi, la fusione a cera persa o la forgiatura risultano più efficienti.
Elementi a pareti sottili o ultra-sottili
Il processo WAAM presenta uno spessore minimo delle pareti di circa 5 millimetri. Non è adatto per dettagli di dimensioni inferiori al millimetro o per canali interni complessi. In questi ambiti, la fusione a cera persa e la fusione a letto di polvere danno risultati eccellenti. Il processo WAAM è particolarmente indicato per pezzi di medie e grandi dimensioni con una complessità geometrica moderata.
Il meglio di entrambi i mondi: la produzione ibrida
La produzione ibrida combina la tecnologia WAAM con i processi tradizionali per ottenere prestazioni ottimali ed efficienza in termini di costi. La tecnologia WAAM può essere utilizzata per aggiungere caratteristiche a parti di base fuse o forgiate. Ciò risulta particolarmente utile per flange di grandi dimensioni, corpi valvola, nodi strutturali e componenti a tenuta di pressione.
Il processo WAAM è efficace anche per riparare o rinnovare componenti fusi o forgiati già esistenti. Il materiale può essere aggiunto con precisione proprio dove necessario, prolungando la durata di vita di componenti di alto valore.
Un'altra strategia ibrida consiste nell'utilizzare la tecnologia WAAM per la prototipazione e le prime fasi di produzione, per poi passare alla fusione per la produzione in serie una volta finalizzato il progetto. Ciò riduce i rischi e accelera i tempi di immissione sul mercato.
Caso di studio: WAAM contro fusione e WAAM contro forgiatura nella pratica
Il seguente caso di studio illustra l'impatto concreto della tecnologia WAAM rispetto alla fusione tradizionale. Questi valori sono rappresentativi dei risultati tipici dei progetti MX3D.
| Sistema metrico | Tradizionale (fusione) | MX3D WAAM |
|---|---|---|
| Parte | Girante della pompa in acciaio inossidabile | Stessa parte |
| Materiale | 316L | 316L |
| Tempi di consegna | 18 settimane | 3 settimane e mezzo |
| Attrezzature | 32.000 € per i modelli | €0 |
| Spreco di materiale | il 62% | 14 per cento |
| Sistema metrico | Tradizionale (fusione) | MX3D WAAM |
|---|---|---|
| Proprietà meccaniche | UTS 520 MPa | UTS 610 MPa dopo il trattamento termico |
Questo confronto evidenzia i vantaggi tipici della tecnologia WAAM per componenti prodotti in piccole serie ma di alto valore, dove i costi degli stampi e i tempi di consegna sono fattori determinanti nella scelta.
Domande frequenti (FAQ)
Il WAAM è più resistente della fusione e della forgiatura?
I componenti realizzati con la tecnologia WAAM possono eguagliare o superare le proprietà meccaniche dei componenti fusi, e il confronto tra WAAM e forgiatura risulta altrettanto convincente per molte leghe. Il 316L prodotto con la tecnologia MX3D WAAM raggiunge tipicamente valori di resistenza alla trazione massima compresi tra 600 e 650 MPa dopo il trattamento termico, rispetto ai circa 520 MPa del 316L fuso. Le prestazioni effettive dipendono dal tipo di materiale, dai parametri di processo e dalla post-lavorazione.
Il processo WAAM è più economico rispetto alla fusione e alla forgiatura?
Per quantità comprese tra uno e dieci pezzi, la tecnologia WAAM risulta in genere più economica poiché non richiede investimenti in attrezzature. Il vantaggio in termini di costi della WAAM rispetto alla forgiatura è particolarmente evidente per le piccole serie, dato che gli stampi per forgiatura possono costare da 60.000 a 500.000 euro. Per quantità superiori a cinquanta pezzi identici, la fusione diventa più conveniente grazie all'ammortamento delle attrezzature. Il punto di pareggio per i componenti MX3D tipici si colloca tra i 15 e i 40 pezzi.
I componenti WAAM possono essere certificati secondo gli stessi standard dei componenti fusi?
Sì. I componenti MX3D WAAM sono certificati secondo gli standard DNV, ASME, PED e API 20S . Si tratta delle stesse certificazioni richieste per i componenti fusi e forgiati utilizzati in applicazioni nei settori dell'energia, marittimo e della difesa.
Quali tipi di finitura superficiale produce WAAM?
Il processo WAAM produce un pezzo con forma quasi definitiva e una rugosità superficiale compresa tra Ra 30 e 45 micrometri. La maggior parte delle applicazioni richiede una lavorazione CNC per le superfici funzionali. Il processo MX3D prevede in genere un margine di lavorazione compreso tra 2 e 3 millimetri.
