I progettisti che ordinano le fusioni in sabbia 3D per la prima volta spesso chiedono informazioni sui materiali disponibili e utilizzabili. La risposta è breve: tutto ciò che è possibile fare con la fusione in sabbia tradizionale può essere utilizzato anche con la stampa in sabbia 3D: dall’alluminio al ferro e all’acciaio.
La risposta è più sfumata: oltre alle proprietà desiderate della successiva parte fusa, la geometria del componente gioca un ruolo importante nella scelta precisa del materiale, al fine di garantire un riempimento pulito dello stampo e un buon processo di solidificazione. Poiché la stampa 3D in sabbia apre nuove possibilità in particolare per la geometria delle parti fuse, ci sono implicazioni anche per la selezione dei materiali. Per prima cosa, esamineremo brevemente queste implicazioni per la colata di ferro. In seguito tratteremo l’alluminio e l’acciaio.
All’interno della sola categoria della ghisa, esiste ovviamente una serie di materiali che possono essere ulteriormente perfezionati e personalizzati. Alla CASTFAST, attualmente offriamo come standard i gruppi di materiali GJL (ghisa con grafite lamellare) e GJS (ghisa con grafite sferoidale).
Il GJL è il classico materiale "ghisa grigia". È ideale per le parti in cui la lavorabilità è più importante dell’estrema resistenza. La GJS, invece, la ghisa nodulare, è un materiale versatile, più forte e resistente, ideale per le applicazioni più impegnative. Spesso può sostituire l’acciaio, il che fa un’enorme differenza nella fusione. La fusione della ghisa è più semplice di quella dell’acciaio. Il carbonio nel metallo fuso "cresce", cioè aumenta di volume, mentre si solidifica, creando pressione e rendendo la struttura più densa. Questo non accade con l’acciaio. Il risultato è un ritiro nel processo di fusione, che deve essere attentamente controllato.
Un aspetto importante è la resistenza specifica alla compressione e alla trazione della ghisa. I materiali GJL hanno un’eccellente resistenza alla compressione, che li rende ideali per le applicazioni in cui è richiesta un’elevata capacità di carico sotto pressione. I materiali GJS, invece, sono caratterizzati da una resistenza alla trazione superiore, che li rende indispensabili per le applicazioni in cui il materiale deve sopportare forze di trazione.
Queste differenze nelle proprietà di resistenza ci permettono di offrire la soluzione giusta per quasi tutte le esigenze. Ad esempio, una GJL può avere una resistenza alla trazione di soli 200 MPa, ma una resistenza alla compressione fino a 800 MPa. Questo può essere sfruttato nella progettazione! Il GJL è inoltre caratterizzato da un’ottima conducibilità termica e da un’elevata capacità di smorzamento. In particolare, le proprietà di smorzamento delle vibrazioni rendono il GJL un materiale molto apprezzato per i componenti delle macchine.
Grazie alla precisione del processo e alla libertà di progettazione, gli stampi creati con la stampante 3D a sabbia consentono di realizzare fusioni più complesse, con pareti più sottili e delicate. Se questo viene portato all’estremo, ha importanti implicazioni per la selezione dei materiali.
In linea di principio, i materiali GJL scorrono meglio. Sono più "fluidi" a livello micro. Il GJL può quindi riempire bene anche stampi complessi con pareti molto sottili. Il problema è che una parete sottile comporta un raffreddamento rapido, che può rendere un materiale GJL molto fragile. Anche i materiali GJS presentano questo problema di fragilità. Ma sono intrinsecamente più duri. In termini di proprietà strutturali, reagiscono in modo più tollerante al raffreddamento rapido, ma sono anche più duri allo stato liquido e non scorrono altrettanto bene.
In pratica, valutiamo sempre le opzioni singolarmente per trovare il materiale giusto. Come progettista, tuttavia, dovresti partire dalle proprietà del componente desiderato. Nei casi limite, ci occupiamo noi delle considerazioni tecniche sulla fusione. Finora abbiamo sempre trovato una soluzione!
Sei interessato a provarlo? Clicca qui per accedere al nostro calcolatrice. Puoi trovare maggiori informazioni sui materiali nella tabella sottostante. Hai ancora domande? Siamo volentieri.
Aree di applicazione
Componenti soggetti a carichi leggeri (di trazione) come piccoli alloggiamenti, basamenti per macchine leggere, coperture, telai per macchine elettriche.
Proprietà
Buona lavorabilità, bassa resistenza.
Aree di applicazione
Parti con carico medio-pesante (in trazione) come basamenti di macchine più grandi, alloggiamenti per cambi più grandi, alloggiamenti di motori, corpi di pompe, corpi di valvole, piastre di base.
Proprietà
Resistenza migliore rispetto al GJL 200, buona lavorabilità.
Aree di applicazione
Parti di macchine altamente sollecitate che richiedono una maggiore resistenza, come ad esempio grandi alloggiamenti di ingranaggi, telai di presse, letti di macchine pesanti, corpi di pompe di grandi dimensioni.
Proprietà
Resistenza superiore a quella del GJL 250, ma buona lavorabilità.
Aree di applicazione
Componenti dell’industria automobilistica (travi degli assi, tamburi dei freni, parti dello sterzo), componenti di macchine soggette a carichi medi.
Proprietà
Buona resistenza e tenacità, migliore resistenza all’usura rispetto al GJL.
Aree di applicazione
Componenti automobilistici altamente sollecitati (assali di camion, parti di trasmissione), componenti di ingegneria meccanica pesante, macchinari agricoli, componenti di macchine edili.
Proprietà
Ha una resistenza ancora maggiore rispetto al GJS 400, ma è meno resistente. Quindi si rompe prima.
Aree di applicazione
Parti molto sollecitate come parti di veicoli pesanti, ingranaggi industriali di grandi dimensioni, componenti per macchinari pesanti e macchine edili.
Proprietà
Elevata resistenza e ottima tenacità.
Aree di applicazione
Componenti estremamente sollecitati in applicazioni impegnative, come ad esempio parti di macchinari per l’industria mineraria, componenti di macchinari per l’edilizia pesante, parti altamente sollecitate nella produzione di energia.
Proprietà
Massima resistenza, ma minima tenacità. Le frese si mordono letteralmente i denti con questo materiale. Molto duro, ma poco usurato.
