Ripensare la produzione in metallo con AML3D

Un pipe spool lungo 850 mm e con un diametro di 450 mm è un componente critico per il settore oil & gas, conforme ai rigorosi standard internazionali, incluso l’API 20S. Si tratta di un pezzo che un tempo veniva realizzato unendo tre sezioni saldate e che oggi, grazie alla stampa 3D, può essere prodotto come un’unica struttura monolitica: stampato in 216 ore e rifinito a macchina in appena 12, meno della metà del tempo richiesto per la versione forgiata. Un pipe spool ad alta pressione consegnato in appena una settimana e mezza, con un’accelerazione dell’85% rispetto ai metodi tradizionali, ottenuto con un processo che riduce in modo significativo gli sprechi e il consumo energetico. Quel processo è la tecnologia WAM brevettata da AML3D.

AML3D, azienda australiana con obiettivi ambiziosi, punta a trasformare il modo in cui settori globali come oil & gas, difesa e marittimo producono componenti metallici. Fin dalla sua fondazione nel 2014, l’azienda ha fatto costanti progressi, portando il suo processo WAM sul mercato tramite le piattaforme ARCEMY e ampliando la propria presenza internazionale. Casi d’uso come quello del pipe spool (al momento della sua realizzazione il componente per piping oil & gas stampato in 3D più grande mai verificato) illustrano chiaramente l’impatto della tecnologia AML3D e come stia aprendo la strada a una produzione più efficiente di componenti metallici critici su larga scala.

Comprendere il processo WAM

Il processo produttivo WAM prevede diverse fasi chiave, tra cui la preparazione del file e la definizione del percorso utensile con WAMSoft, la configurazione dei parametri operativi tramite AMLSoft, la stampa near-net-shape su una macchina ARCEMY, i trattamenti post-stampa e infine la lavorazione CNC per ottenere il componente finale.

I due software di AML3D sono alla base dell’intero processo industriale di AM. WAMSoft è un software di slicing e path planning in cui gli utenti caricano i modelli CAD per preparare la stampa. Qui è possibile scegliere il tipo di slicing (radiale, conico o parallelo), controllare parametri come il multi-stage printing, le impostazioni di saldatura, gli angoli della torcia e altro. Aspetto fondamentale, WAMSoft permette di simulare il percorso utensile per individuare potenziali errori prima che si verifichino in fase di stampa.

AMLSoft, invece, trasmette il percorso generato da WAMSoft alla stampante e offre una vasta gamma di comandi dedicati all’hardware ARCEMY. Grazie a un’interfaccia intuitiva, consente di impostare parametri come la velocità di alimentazione del filo e il flusso di gas, oltre ai parametri dei materiali e della cella di produzione. Il software integra inoltre un sistema di monitoraggio in tempo reale, che può essere gestito manualmente o in modalità automatizzata basata sui dati.

Al centro del flusso di lavoro WAM c’è naturalmente l’hardware di stampa. I sistemi ARCEMY di AML3D sono tra le più grandi stampanti metalliche open-air sul mercato, capaci di produrre componenti fino a 1,8 x 1,8 m (con possibilità di formati ancora più grandi su macchine personalizzate). Il processo WAM su cui si basano è una tecnologia DED che utilizza un arco elettrico e filo di saldatura certificato per creare pezzi near-net-shape. Degno di nota è anche l’uso della schermatura localizzata con gas inerte, che consente un’ampia libertà di forma e rende superflua una camera di costruzione chiusa.

In breve, il processo fonde il filo di saldatura con un arco elettrico e lo deposita, strato dopo strato, su una base, dove solidifica. Una volta completata la stampa, rimane un componente near-net-shape pronto per le fasi successive, come trattamenti termici opzionali o sovrapposizioni per migliorare le proprietà del materiale, oltre alla lavorazione CNC per ottenere tolleranze precise e finiture superficiali di qualità.

È importante notare che le soluzioni AML3D sono compatibili con un’ampia gamma di materiali, tra cui titanio, rame, acciai, acciai inossidabili e leghe di nichel, oltre a metalli esotici. Questa varietà (molto superiore rispetto ad altri processi di AM a metallo) è possibile perché il processo WAM utilizza filo di saldatura certificato, più economico, più facilmente reperibile e più semplice da gestire rispetto alle polveri AM.

Tutti i vantaggi: più veloce, più sostenibile, più resistente

Dopo aver visto quali sono le fasi del processo WAM, è il momento di confrontarlo con i metodi tradizionali come lavorazione da pieno, forgiatura e fusione.

Innanzitutto, il processo AML3D può accelerare drasticamente il passaggio dal concept alla consegna. Come dimostra il pipe spool stampato in 3D, il tempo è stato ridotto dell’85%, con 216 ore di stampa e 12 ore di lavorazione. A rendere possibile questo risultato sono fattori come:

• elevati tassi di deposizione grazie a sistemi avanzati di alimentazione filo e saldatura;
• possibilità di consolidare più componenti in un’unica struttura;
• assenza di tooling, poiché la tecnologia produce direttamente componenti metallici di alta qualità.

Il processo WAM è anche più sostenibile rispetto alla produzione metallica convenzionale. Ciò è dovuto in parte alla forte riduzione degli scarti, tipica dei processi additivi, e alla produzione near-net-shape. Nel caso del pipe spool, il pezzo aveva una massa depositata di 1.120 kg e una massa finale lavorata di 940 kg, un buy-to-fly ratio molto favorevole. Inoltre, la tecnologia WAM è meno energivora rispetto ad altri processi AM metallici, come LPBF ed EBM, grazie all’uso dell’arco elettrico. Il processo è anche adatto alla riparazione di strutture metalliche esistenti, prolungando la vita utile dei componenti.

Oltre a consentire a settori come energia, difesa e marittimo di aumentare la produttività e ridurre l’impatto ambientale, la tecnologia AML3D consente di ottenere parti metalliche più resistenti rispetto ai componenti forgiati. In un test indipendente, elementi in acciaio stampati con il processo WAM hanno mostrato un carico di rottura (UTS) superiore del 10% rispetto ai pezzi forgiati e del 30% superiore agli standard globali applicabili. Per le leghe Nickel Aluminum Bronze, i componenti stampati hanno addirittura mostrato una resistenza alla fatica maggiore fino al 50%.

Una crescente riconoscenza globale

Non sorprende che una tecnologia in grado di produrre componenti metallici su larga scala più velocemente, in modo più sostenibile e con prestazioni migliori stia attirando l’attenzione dei principali attori industriali. AML3D ha saputo capitalizzare questo interesse, espandendo le proprie operazioni negli Stati Uniti, nel Regno Unito e in Europa, con un focus particolare sulle applicazioni in ambito difesa e marittimo.

A luglio, ad esempio, AML3D ha venduto una piattaforma ARCEMY ad Austal USA, che verrà utilizzata presso l’Additive Manufacturing Center of Excellence della US Navy. Più recentemente, l’azienda ha venduto due sistemi personalizzati ARCEMY X, ciascuno con una capacità di carico di 10.886 kg, al più grande costruttore di navi militari del Nord America, HII Newport News. AML3D collaborerà inoltre con la US Navy per supportare la base industriale marittima attraverso la caratterizzazione dei materiali e la produzione di componenti. In Europa, l’azienda sta ampliando la propria rete di distribuzione grazie alle partnership con Arc Additive Limited e DMFG Solutions GmbH. È evidente, quindi, che la tecnologia WAM stia acquisendo un ruolo sempre più rilevante e stia cambiando concretamente il modo in cui i componenti metallici vengono prodotti.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato nell’eBook VM Focus Metal AM di VoxelMatters. Puoi leggere o scaricare gratuitamente l’eBook completo a questo link.