voxeljet Sinterizzazione ad alta velocità: Stampa 3d polimerica per componenti di calzature personalizzate
Per molto tempo, tutte le scarpe di una serie di modelli sono state uguali. Le uniche eccezioni erano modelli speciali costosi, fatti su misura per gli atleti d'elite. Ora c'è un nuovo potenziale di innovazione per i produttori di scarpe: La stampa 3D di voxeljet consente la produzione di scarpe su misura che possono offrire ai consumatori anche funzioni che migliorano le prestazioni e il comfort. I processi di produzione di additivi, come la sinterizzazione ad alta velocità di voxeljet, spianano la strada alla produzione di calzature additive di domani attraverso la produzione personalizzata e lo sviluppo di materiali.
Il fatto che tali scarpe su misura possano prendere in considerazione le forme individuali dei piedi, il peso del corpo e la lunghezza dei passi offre anche un particolare vantaggio per i clienti finali. Dal punto di vista del produttore, tuttavia, non sono solo i vantaggi per il cliente a parlare a favore del processo di sinterizzazione ad alta velocità (HSS). Con l'HSS, quasi tutti i parametri di produzione possono essere adattati per consentire processi di produzione più economici, più veloci e più rispettosi dell'ambiente e, allo stesso tempo, consentire l'adattamento del processo ai diversi materiali.
Quasi nessun product manager dell'industria manifatturiera è attualmente in grado di evitare l'argomento dell'hype di "Strutture a traliccio". Si tratta di progetti di griglia astratti, generati da CAD, che prendono la natura come modello. Questi disegni danno ai prodotti la massima stabilità e durata e creano un enorme risparmio di materiale e di peso. Non c'è da stupirsi, quindi, che anche i produttori di scarpe sportive leader del mercato abbiano un grande interesse nei processi di produzione additiva. Con le strutture a reticolo stampate in 3D, i costi di produzione possono essere ridotti e, grazie al risparmio di materiale, il processo di produzione protegge anche l'ambiente. La plastica non sinterizzata può, a seconda del processo e del materiale, essere riciclata e reinserita nel processo di produzione.
Il progresso delle tecnologie di stampa 3D nell'industria calzaturiera
Diversi produttori di scarpe stanno già lavorando con tecniche di stampa 3D nella produzione di intersuole o di altri componenti per scarpe come i plantari. Le tecnologie additive per la lavorazione della resina liquida sono metodi comuni in cui le aree da sinterizzare vengono esposte selettivamente alla luce e quindi indurite. Sebbene questi metodi offrano la possibilità di stampare componenti di calzature impermeabili con dettagli fini e buone proprietà superficiali, i materiali lavorati e quindi le stesse parti stampate sono relativamente pesanti.
Un'altra tecnica di produzione additiva è la Fused Filament Fabrication (FFF). In questo metodo, uno strato di filamento plastico fuso viene applicato come filo e incollato. Il vantaggio della sinterizzazione ad alta velocità è la maggiore velocità di produzione, la diversità dei materiali, i tempi di stratificazione costanti e quindi una più facile gestione termica e la libertà geometrica. A differenza del FFF, l'HSS non richiede strutture di supporto per stabilizzare i componenti stampati. La polvere non stampata supporta i componenti nella scatola di lavoro. Ciò consente il pieno utilizzo della scatola di lavoro HSS.
La maggior parte dei processi di additivazione operano in base alla geometria; essi producono strutture a nido d'ape o altre strutture reticolari bioniche per le diverse zone di sollecitazione nella scarpa. Di conseguenza, gli spessori delle pareti delle strutture, ad esempio, devono diventare più spessi per ottenere un maggiore grado di stabilità. Il processo HSS, invece, funziona con un input di inchiostro variabile, che permette di ottenere diverse proprietà del materiale come la resistenza o la rigidità all'interno di una struttura reticolare ma anche in materiale solido. Diverse quantità di inchiostro che assorbe gli infrarossi (IR) possono essere impresse sulle aree sollecitate della suola di una scarpa. Il componente ottiene una maggiore resistenza in questo punto durante il processo di sinterizzazione. Come ulteriore alternativa, come per tutti i processi di produzione additiva, con l'HSS, è possibile lavorare anche con strutture a reticolo per ottenere diversi gradi di resistenza sulla parte superiore. Con la stampa in scala di grigi HSS di voxeljet, i produttori di calzature possono ottimizzare i singoli settori del componente stampato in 3D per carichi specifici in termini di comfort, stabilità ed elasticità.
Processo HSS e stampa in scala di grigi: come funziona
La scala di grigi HSS di voxeljet è un processo di stampa 3D per la creazione di parti tridimensionali con proprietà di target variabili. Le proprietà del materiale del corpo prodotto possono essere influenzate individualmente in tutte e tre le dimensioni. Tali proprietà possono essere la resistenza meccanica o l'elasticità e la densità del materiale e quindi il peso e il centro di gravità dell'oggetto stampato in 3D. Il grande vantaggio: queste proprietà variabili del materiale non sono visibili nel componente successivo.
Nel processo HSS, un sottile strato di polvere di plastica, come TPU, EVA o TPE viene applicato a una piattaforma dell'edificio riscaldata. Successivamente, una testina di stampa a getto d'inchiostro si sposta sulla piattaforma e applica selettivamente un inchiostro che assorbe la luce infrarossa alle aree dell'area dell'edificio. Una volta completato, una luce a infrarossi si irradia sulla piattaforma di costruzione. Le aree stampate della polvere di plastica assorbono il calore, che le fa sinterizzare con gli strati sottostanti. Al termine del processo di sinterizzazione, la piattaforma di costruzione viene abbassata di uno spessore di strato e lo strato successivo di polvere di plastica viene applicato e stampato. Questo processo viene ripetuto fino al completamento, ad esempio, della costruzione di un'intersuola. Successivamente, l'intero spazio di costruzione con le parti sinterizzate si raffredda all'interno o all'esterno del sistema di stampa. Infine, la suola della scarpa può essere rimossa dalla polvere circostante e ulteriormente lavorata. A causa dell'input selettivo della temperatura, la polvere non stampata rimane sciolta e può essere riutilizzata per ulteriori processi di stampa, a seconda del materiale utilizzato.
Il valore del grigio, scala di grigi o livello di grigio indica la quantità di inchiostro stampata nella polvere. A seconda del materiale utilizzato, è possibile stampare fino a sei diversi livelli di grigio nel materiale in polvere. Le testine di stampa a getto d'inchiostro sono controllate tramite bitmap. Poiché la testina di stampa controlla la quantità di inchiostro che assorbe gli infrarossi nel processo HSS, è possibile modificare la dimensione della goccia dell'assorbitore e quindi il valore del grigio per volume.
Più scuro è il tono di grigio, maggiore è l'energia termica che può essere assorbita dal materiale stampato dalla lampada IR. Ciò non solo conferisce alla suola la sua forma tridimensionale, ma consente anche di aggiungere e integrare allo stesso tempo proprietà meccaniche tridimensionali.
Inoltre, la scala di grigi può essere combinata con il dithering (simulazione di passaggi intermedi effettivamente inesistenti tramite determinate disposizioni / rasterizzazioni di pixel). Ciò consente una regolazione ancora più fine del coefficiente di assorbimento, dell'energia immessa e quindi della temperatura effettiva del materiale in polvere, che ha un'ulteriore influenza sulle proprietà del materiale.
Specifiche tecniche della stampa in scala di grigi
Diversi gradi di durezza stampabili tramite input di inchiostro
Sono possibili fino a 6 livelli di grigio
Scala di grigi variabile per quanto riguarda l'assorbimento di energia a seconda del materiale
Migliore nitidezza dei bordi rispetto al dithering
Alto livello di dettaglio
Maggiore resistenza della parte rispetto al dithering suola
Ulteriori combinazioni possibili con il dithering per una variazione ancora maggiore
Superfici più lisce
L'open source consente la personalizzazione gratuita in base ai requisiti dei materiali
Per HSS, voxeljet si affida a un software open source ProPrint per il controllo dei suoi sistemi di stampa 3D. Il clou della soluzione open source: i clienti possono personalizzare liberamente tutti i parametri di stampa per i propri requisiti di materiale. ProPrint e lo strumento integrato di analisi dei dati voxeljet Vamos, ad esempio, consentono il controllo libero della temperatura di ingresso con cui la polvere stampata deve fondere. Anche lo spessore dello strato, il trasferimento dell'inchiostro e le sequenze di processo generali sono liberamente regolabili.
La giovane tecnologia dell'esperto di stampa 3D voxeljet ha un grande potenziale per l'industria calzaturiera per reinventare la scarpa. La diversità dei materiali, la conservazione delle risorse, la costruzione leggera, la personalizzazione e il miglioramento delle prestazioni per i clienti finali sono solo alcuni dei potenziali vantaggi.
www.voxeljet.com