Fusione in sabbia stampata in 3D vs fusione a cera persa: quale processo è più adatto ai vostri componenti?
Scegliete innanzitutto il processo in base alle dimensioni del pezzo, poi in base al materiale e ai requisiti di finitura superficiale: in questo modo, la scelta tra fusione in sabbia e fusione a cera persa smette di essere una questione di fede e diventa una scelta ingegneristica. La fusione a cera persa stampata in 3D è la soluzione ideale quando il pezzo è di piccole dimensioni — generalmente inferiore a poche centinaia di millimetri — con pareti sottili (circa 1 mm e oltre), realizzato in acciaio inossidabile o in una superlega, e richiede la migliore finitura al grezzo che lo stampo possa offrire: Ra 1,6–3,2 µm. La fusione in sabbia stampata in 3D è la soluzione migliore quando il pezzo è di grandi dimensioni (fino a 4000 × 2000 × 1000 mm sulla 3DPTEK J4000Pro), realizzato in ferro o acciaio, tollera una finitura superficiale “as-cast” compresa tra Ra 6,3 e 12,5 µmsuperficie da fusione, e deve essere realizzato rapidamente — uno stampo in pochi giorni anziché una matrice per il modello in settimane. In termini di quantità, entrambi i processi si rivelano convenienti per le tirature da basse a medie, poiché la stampa elimina l’attrezzaggio da entrambi i lati: nessun modello per la fusione in sabbia, nessun stampo a iniezione di cera per la fusione a cera persa. La scelta tra i due processi dipende dalle dimensioni, dallo spessore delle pareti, dalla lega e dal livello di qualità superficiale effettivamente richiesto dal disegno tecnico. Questo articolo mette a confronto in modo imparziale entrambe le soluzioni. 3DPTEK commercializza le stampanti per sabbia, le stampanti per cera e le linee di anime in ceramica per entrambi i processi, quindi non vi è alcun motivo commerciale per influenzare la risposta.
Fusione in sabbia vs fusione a cera persa: la risposta diretta
La regola decisionale più breve che una fonderia possa utilizzare: La dimensione è il fattore principale, il materiale è il secondo e la finitura superficiale è l’ultimo. Se il pezzo rientra in un piano di stampa con una dimensione massima inferiore a circa 600 mm e richiede pareti sottili inferiori a 3 mm, la fusione a cera persa è il processo con cui va confrontato. Se il pezzo è un corpo pompa, un alloggiamento valvola, un blocco motore o un alloggiamento per una turbina eolica — qualsiasi cosa in cui la dimensione massima raggiunga i metri — la fusione in sabbia è l'unica soluzione praticabile, e gli stampi in sabbia stampati in 3D la rendono una procedura senza modello. In casi intermedi, i fattori decisivi sono la lega (l’acciaio inossidabile e le superleghe favoriscono la fusione a cera persa; il ferro e l’acciaio a sezione pesante favoriscono la fusione in sabbia), i requisiti di superficie (un Ra inferiore a circa 6,3 µm favorisce la fusione a cera persa) e i tempi di consegna (la sabbia permette di stampare uno stampo in pochi giorni; la fusione a cera persa richiede ancora un modello in cera più un guscio ceramico a più strati prima di poter colare il metallo).
Entrambi i processi, quelli di stampa, condividono un enorme vantaggio rispetto ai loro predecessori convenzionali: non è più necessario l’attrezzaggio che in passato era indispensabile per ogni lavoro. Un modello lavorato a macchina per la fusione in sabbia costa da 3.000 a 15.000 euro con tempi di consegna di 4–8 settimane; uno stampo a iniezione di cera per la fusione a cera persa costa di più e richiede tempi ancora più lunghi. La stampa 3D elimina entrambi questi ostacoli, motivo per cui le fonderie considerano sempre più spesso i due processi come servizi complementari piuttosto che concorrenti. Il resto di questo articolo illustra il confronto seguendo l’ordine che seguirebbe un tecnico addetto alla preventivazione: processo, costo, finitura superficiale, dimensioni, materiale e, infine, i criteri decisionali.
Come funziona ogni processo con la stampa 3D
Fusione in sabbia stampata in 3D. La tecnologia Binder Jetting stampa lo stampo e i relativi nuclei direttamente dal file CAD in sabbia silicea, strato dopo strato con uno spessore di circa 0,28–0,4 mm, applicando un legante nelle zone in cui la sabbia deve legarsi. Non sono necessari modelli, né scatole per anime, né il tempo del modellista nel percorso critico. Lo stampo e le anime stampati vengono rivestiti con un lavante per stampi dove necessario, assemblati e colati come qualsiasi altro stampo in sabbia. L’intera sequenza è illustrata passo dopo passo in la nostra guida al funzionamento della stampa 3D con sabbia. Lo stampo è un materiale di consumo — viene distrutto durante la colata — ma la sabbia stessa viene recuperata in misura pari a circa il 95%+, il che mantiene bassi i costi ricorrenti dei materiali.
Fusione a cera persa stampata in 3D. Il modello è il pezzo stesso, stampato in cera o in resina a combustione. Le stampanti SLS per cera di 3DPTEK (modelli AFS-500, LaserCore 5300 e 6000) realizzano modelli in cera PSB direttamente dai dati CAD, eliminando così la necessità dello stampo a iniezione di cera. I modelli vengono fissati su un albero, quindi immersi ripetutamente in impasto ceramico e stucco per costruire un guscio — in genere vengono applicati diversi strati con un periodo di asciugatura tra uno e l’altro. La cera viene quindi bruciata o rimossa a vapore durante la deceratura, il guscio viene cotto fino a raggiungere la resistenza della ceramica e il metallo viene colato nel guscio cotto. Dopo la solidificazione, il guscio viene rimosso, lasciando i pezzi da tagliare dal supporto e da rifinire. Questa è la classica sequenza di fusione con guscio ceramico, e il modello stampato è l’unico passaggio che è cambiato. Il nostro Servizio di stampa 3D di modelli in cera tratta in dettaglio il lato del motivo di quel ciclo. Per la geometria interna delle leghe resistenti alle alte temperature, esiste un approccio correlato in cui le anime in ceramica vengono stampate direttamente tramite getto di legante anziché pressate — si veda il nostro Servizio di stampa a getto di legante ceramico — il che è importante quando un pezzo fuso in superlega richiede un'anima stampata che non può essere realizzata con la tecnica dello stampo a guscio.
La differenza strutturale da tenere a mente è la seguente: uno stampo in sabbia è un corpo refrattario sciolto, permeabile e consumabile che deve resistere alla colata per poi crollare; un guscio di fusione a cera persa è una ceramica rigida e cotta che deve contenere la colata per poi essere distrutta. La permeabilità e il crollo sono ciò che consente alla fusione in sabbia di gestire pezzi di grandi dimensioni e con sezioni spesse. La rigidità e una superficie interna liscia sono ciò che permette alla fusione a cera persa di realizzare pareti sottili e dettagli precisi.
Confronto dei costi: attrezzature, curve per singolo pezzo e tabella dei dati
Partiamo dagli stampi, perché è proprio lì che la stampa cambia tutto. La fusione in sabbia convenzionale comporta il costo di un modello e, per le cavità interne, delle scatole per anime: l’esempio del modello lavorato sopra riportato, da 3.000 a 15.000 euro in 4–8 settimane, è tipico per un lavoro di media complessità. La fusione a cera persa convenzionale richiede l’acquisto di uno stampo lavorato per l’iniezione di cera, che è più costoso e più lento da produrre rispetto a un modello in sabbia, poiché deve mantenere le dimensioni della cera con una precisione di un decimo di millimetro. La stampa elimina entrambi: lo stampo in sabbia viene stampato direttamente e il modello per la fusione a cera persa viene stampato in cera. Nella voce «attrezzature» di un foglio dei costi, i due processi di stampa ora hanno lo stesso valore: quasi zero.
Le curve relative al costo unitario divergono. Il costo ricorrente della fusione in sabbia varia in base al volume di sabbia e al tempo di stampa: è economico per chilogrammo di stampo, motivo per cui i pezzi fusi di grandi dimensioni risultano convenienti, e il ciclo di recupero della sabbia del 95%+ fa sì che il legante e la sabbia rimangano gli unici veri materiali di consumo. Il costo ricorrente della fusione a cera persa è determinato principalmente dai materiali per il guscio e dalla manodopera necessaria per la sua realizzazione, che non diminuiscono proporzionalmente alle dimensioni del pezzo come invece avviene per il costo della sabbia. Un pezzo piccolo e a pareti sottili realizzato con la fusione a cera persa può risultare molto economico; un pezzo di grandi dimensioni diventa invece rapidamente costoso, poiché ogni centimetro quadrato della superficie dell’albero richiede l’applicazione di impasto, stucco, essiccazione, deceratura e cottura. L’analisi economica completa a livello di macchina relativa alla parte della sabbia — prezzo della macchina, sabbia, legante, manodopera e ammortamento — è illustrata in la nostra guida ai costi della stampa 3D con sabbia.
I livelli ottimali di quantità si sovrappongono nella fascia bassa: entrambi i processi di stampa danno il meglio di sé da un singolo pezzo fino a poche centinaia, dove un modello o uno stampo convenzionale non riuscirebbe mai ad ammortizzarsi. Al di sopra di tale soglia, le curve si separano: la produzione in sabbia ad alto volume finisce per competere con le linee di stampaggio convenzionali, mentre la produzione con metodo a cera persa ad alto volume giustifica l’utilizzo di uno stampo. La tabella sottostante riassume il confronto che un tecnico addetto ai preventivi vi presenterebbe effettivamente.
| Dimensione | Fusione in sabbia stampata in 3D | Fusione a cera persa stampata in 3D |
|---|---|---|
| Dimensioni tipiche dei componenti | Fino a 4000 × 2000 × 1000 mm sul modello J4000Pro: la sabbia la fa da padrona | Di solito non supera le poche centinaia di mm, a causa dei limiti imposti dal modello in cera e dalla struttura del guscio |
| Spessore minimo della parete | circa 3 mm (valore approssimativo) | ~1 mm raggiungibile |
| Finitura superficiale | ~Ra 6,3–12,5 µm allo stato di fusione | ~Ra 1,6–3,2 µm raggiungibile |
| Tolleranza | Precisione dello stampo ±0,3–0,5 mm, più il ritiro di fusione | Maggiore precisione nei dettagli; ritiro prevedibile e compensato |
| Gamma di leghe | Ampio; ideale per metalli ferrosi di grandi dimensioni (ferro, acciaio) | Ampio; ideale per l'acciaio inossidabile e le superleghe |
| Quantità ottimale | Da 1 a poche centinaia di pezzi | Da 1 a poche centinaia; il costo unitario rimane elevato |
| Tempi di consegna | Muffa nei giorni successivi al CAD | Struttura con rivestimento multistrato — ciclo più lungo |
| Costo degli stampi | Quasi zero — stampato direttamente in 3D | Quasi zero — modello in cera stampato direttamente |
| Iterazione di progettazione | Modifica CAD, ristampa dello stampo | Modifica CAD, ristampa del modello |
Finitura superficiale e tolleranze: i punti di forza della fusione a cera persa
La fusione a cera persa esiste per un unico motivo: riproduce la superficie del modello sul pezzo fuso. Il modello in cera stampato è liscio, la sospensione lo riveste senza lasciare gradini tra gli strati e l’interno del guscio cotto presenta una grana fine; in questo modo si ottengono superfici di fusione con Ra compreso tra 1,6 e 3,2 µm e si possono riempire pareti fino a circa 1 mm, poiché il guscio rigido mantiene la cavità mentre le sezioni sottili si solidificano. Ecco perché le pale delle turbine, gli ugelli di iniezione del carburante e gli strumenti chirurgici vengono realizzati con la fusione a cera persa: la geometria è complessa, la lega è costosa e la lavorazione meccanica di quelle superfici comporterebbe uno spreco di entrambi.
La fusione in sabbia non può eguagliare direttamente questo risultato. Lo stampo è costituito da granelli di sabbia, quindi la superficie della cavità riprende la struttura granulare e i gradini stratificati della stampa rimangono visibili sulla parete dello stampo. La finitura pratica del pezzo fuso si attesta a Ra 6,3–12,5 µm, e le pareti sottili inferiori a ~3 mm diventano rischiose: una sezione di sabbia sottile può erodersi o subire la penetrazione del metallo sotto la pressione ferrostatica prima che si solidifichi. Vale la pena comprendere il meccanismo alla base di questi numeri: la precisione in uno stampo in sabbia stampato dipende dall’altezza dello strato, dalla penetrazione del legante e dalla granulometria — lo stampo stesso può avere una tolleranza di ±0,3–0,5 mm — a cui si aggiunge poi il ritiro da fusione. Il nostro Guida alla precisione e alle tolleranze nella stampa 3D con sabbia spiega in dettaglio da dove deriva esattamente quel margine di errore.
Un'osservazione onesta da entrambe le parti: le specifiche di tolleranza si riferiscono allo stampo o al modello, non al disegno del prodotto finito. Il ritiro da fusione, la distorsione da solidificazione e l’angolazione di sformo si sommano, e qualsiasi caratteristica che nel disegno sia specificata con una precisione superiore a pochi decimi di millimetro dovrà essere lavorata a macchina, indipendentemente dal processo utilizzato. Quindi la domanda pratica non è “quale processo sia più preciso”, ma “quanto della superficie e delle pareti del pezzo fuso posso accettare prima di iniziare la lavorazione” — ed è proprio qui che la fusione a cera persa, con un Ra di 1,6–3,2 µm e pareti da 1 mm, si dimostra davvero vincente, mentre le tolleranze della fusione in sabbia sono del tutto adeguate per i pezzi di grandi dimensioni, lavorati o rivestiti che costituiscono la maggior parte del suo carico di lavoro effettivo.
Dimensioni del pezzo: il fattore decisivo
Le dimensioni rappresentano l’unico vincolo che nessuno dei due processi può aggirare, ed è proprio qui che il confronto smette di essere serrato. La fusione a cera persa è limitata dagli aspetti logistici del guscio: il modello in cera deve resistere alla manipolazione e sostenere il proprio peso (la cera è morbida), l’albero deve entrare nelle vasche di immersione nella sospensione, il guscio deve essere costruito strato dopo strato con un periodo di essiccazione tra uno e l’altro, e la deceratura di un guscio molto grande o molto spesso diventa progressivamente più difficile. In pratica, ciò limita le dimensioni dei pezzi realizzati con fusione a cera persa a poche centinaia di millimetri e il peso a poche decine di chilogrammi per la stragrande maggioranza dei lavori: i pezzi fusi a cera persa più grandi al mondo sono progetti eccezionali e costosi, non lavoro di routine.
Uno stampo in sabbia stampato non presenta nessuno di questi limiti, poiché lo stampo viene stampato all’interno del volume di costruzione della macchina e la colata avviene ovunque la fonderia posizioni i contenitori. La gamma 3DPTEK spazia dal modello J1800 (1.800 × 1.000 × 700 mm) al J2500 (2.500 × 1.500 × 1.000 mm) fino al J4000Pro (4.000 × 2.500 × 1.500 mm): un alloggiamento per una turbina eolica o un involucro GIS si stampano in un solo giorno, senza che si tratti di un’impresa eroica o di un pezzo unico. Ecco perché i getti di grandi dimensioni sono il territorio indiscusso della fusione in sabbia: Il nostro caso di studio sull'alloggiamento delle turbine eoliche mostra uno stampo di grandi dimensioni con un complesso sistema di condotti interni che nessuna fonderia a cera persa oserebbe realizzare. Quando si deve scegliere tra i due processi, la prima domanda da porsi riguarda le dimensioni: se la dimensione massima del pezzo supera i ~600 mm, la fusione in sabbia non ha alternative realistiche. Adattare il volume di produzione al proprio portafoglio ordini effettivo — anziché acquistare la macchina più grande disponibile — è l’unico errore di dimensionamento che le fonderie ripetono, ed è esattamente ciò che la nostra Guida all’acquisto di stampanti 3D a sabbia è progettato per prevenire.
Confronto dei materiali: quali leghe si prestano meglio a ciascun processo
Entrambi i processi consentono di fondere un’ampia gamma di leghe — in sostanza, tutto ciò che è fondibile può essere fuso con entrambi i metodi — quindi la questione riguarda quale processo sia più adatto a quale famiglia di leghe, non le capacità tecniche. La fusione a cera persa dà il meglio di sé con acciai inossidabili, acciai per utensili, leghe di cobalto e superleghe, poiché il guscio ceramico cotto è refrattario: resiste alle elevate temperature di colata e ai lunghi tempi di solidificazione di tali leghe senza bruciare e non contamina la superficie. Le leghe di piccole dimensioni, costose e difficili da lavorare rappresentano esattamente il punto di forza della fusione a cera persa: si paga per la realizzazione del guscio, ma non si spreca quasi nulla in termini di metallo e la lavorazione meccanica è quasi nulla.
La fusione in sabbia è il processo di riferimento per il ferro — grigio e duttile — e per l’acciaio di grande sezione, l’alluminio, il bronzo e le famiglie di leghe di uso comune che costituiscono la maggior parte del tonnellaggio di una fonderia. Il ferro, in particolare, è perfetto per la fusione in sabbia: viene colato a temperature che uno stampo in sabbia legata assorbe con facilità, e i getti di grandi dimensioni e a sezione pesante in cui viene utilizzato il ferro superano comunque i limiti dimensionali della fusione a cera persa. Il quadro completo, lega per lega, con l’indicazione dei pezzi in cui ciascuna lega viene tipicamente fusa, è disponibile nel nostro Guida "Cosa puoi fondere" e relativa tabella delle leghe. Due precisazioni importanti: sia l’alluminio che il bronzo si prestano bene alla fusione con entrambi i processi (è la dimensione a fare la differenza, non la lega), e i pezzi in acciaio inossidabile o superleghe che sono abbastanza grandi da superare i limiti del metodo a cera persa possono comunque essere fusi in sabbia — perdono semplicemente il vantaggio della finitura, il che è un compromesso accettabile quando non ci sono alternative.
Quando scegliere la fusione in sabbia con stampa 3D
Scegliere la sabbia quando si verifica una delle seguenti condizioni: il pezzo è di grandi dimensioni, il materiale è ferro o acciaio, la data di consegna è tra diverse settimane oppure il costo unitario di una fusione di grandi dimensioni deve rimanere contenuto. Un corpo pompa, un alloggiamento valvola o una girante rappresentano il caso classico: passaggi interni complessi, tolleranze moderate e dimensioni che lo rendono ben lontano da un calco a cera persa. Il nostro Caso di studio su una girante complessa Ecco un esempio concreto: la girante di un costruttore navale, che in caso di produzione tradizionale avrebbe richiesto 12 settimane di attesa per la realizzazione del modello, è stata ricavata da uno stampo stampato in sole due settimane. I blocchi motore ne sono la versione su scala automobilistica: le anime in sabbia stampate in 3D hanno sostituito le casse anime, che non erano nemmeno in grado di formare i canali dell’olio richiesti dai motori moderni, come illustrato nel nostro Caso di studio sulla riduzione del peso del blocco motore. La fonderia di metalli leggeri BMW di Landshut Da anni produce in serie anime in sabbia stampata; il processo non è più una tecnica prototipale.
I dati di mercato confermano questa tendenza. A INTERMOLD Nagoya, secondo alcune indagini condotte presso fonderie giapponesi, i tempi di produzione dei modelli in legno si sono ridotti drasticamente da circa due settimane a circa due giorni grazie all’uso di stampi stampati, e il Società giapponese di ingegneria delle fonderie I dati stessi descrivono un settore caratterizzato da piccole aziende — circa tre quarti delle fonderie giapponesi impiegano 30 persone o meno — in cui uno stampo senza modello si adatta al portafoglio ordini molto meglio di quanto abbia mai fatto l’attrezzatura per modelli. La catena di fornitura di Toyota ha internalizzato la produzione di fusioni complesse proprio per poter iterare gli stampi stampati in 3D rispetto ai pezzi fusi. Dal punto di vista delle macchine, i dati economici avvalorano la stessa conclusione: una 3DPTEK J1800 ha un prezzo di fascia media, che dipende dalla configurazione, e il costo totale di proprietà quinquennale per la classe J1800/J2500 è circa la metà di quello di una piattaforma occidentale equivalente — con tempi di consegna di 6–8 settimane per la J1800 e di circa due mesi per la J2500, contro i 4–9 mesi tipici dei fornitori occidentali. Quando velocità, dimensioni e costi puntano tutti nella stessa direzione, la stampa su sabbia è la risposta.
Quando scegliere la fusione a cera persa con stampa 3D
Scegliere la microfusione quando il pezzo è piccolo, a pareti sottili, complesso e realizzato in una lega costosa — oppure quando il disegno richiede una superficie “così come fusa” che la sabbiatura non è in grado di garantire. Il settore aerospaziale è il settore di riferimento: pale e alette di turbine, ugelli di alimentazione, involucri e staffe strutturali vengono realizzati con la fusione a cera persa perché combinano superleghe, canali di raffreddamento interni e requisiti superficiali che rendono la lavorazione meccanica l’unica alternativa — e la lavorazione meccanica dell’Inconel non è economica. Per lo stesso motivo questo processo domina nel settore degli strumenti chirurgici, dei componenti dentali e di qualsiasi componente in cui il costo del materiale al grammo rende la fusione in conchiglia un errore di arrotondamento. La versione con modello stampato elimina l’ultimo collo di bottiglia: invece di attendere settimane o mesi per uno stampo a iniezione di cera, il modello viene stampato in pochi giorni, il che rappresenta proprio il vantaggio del nostro servizio di stampa 3D con cera oggi rifornisce le fonderie specializzate in investimenti.
Una sfumatura che sorprende gli acquirenti: il settore aerospaziale non sceglie tra sabbia e fusione a cera persa, ma utilizza entrambe le tecniche, spesso sullo stesso pezzo fuso. Un grande alloggiamento in superlega con canali interni complessi può essere colato in un guscio ceramico contenente un’anima in sabbia stampata in 3D, poiché il guscio fornisce la superficie e l’anima stampata garantisce una geometria che nessun’anima ceramica pressata potrebbe realizzare. Il nostro Anime in sabbia stampate in 3D per il settore aerospaziale L'articolo tratta proprio di questa combinazione. Quindi, se lavorate nel settore aerospaziale, non consideratela come un bivio: la questione è quale geometria va assegnata al guscio e quale all'anima.
La realtà ibrida: fonderie che utilizzano entrambe le tecnologie
La cosa più onesta che un articolo comparativo possa affermare è che la maggior parte delle fonderie serie non ne sceglie una sola. Un modello tipico al giorno d’oggi: i prototipi e i pezzi di pre-produzione vengono realizzati con stampi in sabbia stampati, poiché una nuova iterazione non costa altro che una stampa e una colata; una volta che il progetto si è stabilizzato e i volumi lo giustificano, il percorso di produzione rimane sulla sabbia oppure passa alla fusione a cera persa — o all’attrezzatura convenzionale, se il volume è sufficientemente elevato. I due processi si alimentano anche a vicenda in modo diretto: le anime in sabbia stampata vengono inserite all’interno di gusci ceramici, come descritto sopra, mentre i modelli a cera persa stampati consentono di verificare la geometria prima ancora che venga ordinato uno stampo. Poiché il modello e lo stampo sono le due voci di costo più onerose in ciascun processo, l’utilizzo di entrambe le vie di stampa significa che nessuno dei due processi subirà mai più blocchi a causa degli stampi.
La gamma di prodotti 3DPTEK è strutturata proprio per questa realtà mista: stampanti a sabbia per la produzione di stampi e anime, stampanti SLS a cera per la fusione a cera persa e capacità di produzione in ceramica per anime in leghe ad alta temperatura — in modo che un unico fornitore possa supportare entrambe le soluzioni. Se state valutando la produzione di un pezzo specifico con questi due processi, inviateci il file CAD e il quantitativo annuale. Richiedi un preventivo formale e il team addetto alle applicazioni vi fornirà un confronto per ogni processo — costo dello stampo o della matrice, tempi di consegna e finitura del pezzo fuso che potete aspettarvi — prima che vi impegniate a scegliere una delle due opzioni. Il criterio decisionale rimane quello indicato all’inizio: prima le dimensioni, poi il materiale, poi la superficie e infine la quantità.
Scritto dal team di ingegneri di 3DPTEK — lo stesso team che gestisce le nostre fonderie e le nostre stampanti 3D a sabbia nella produzione quotidiana. Informazioni su 3DPTEK.
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Domande frequenti
Qual è la differenza tra la fusione in sabbia e la fusione a cera persa?
La fusione in sabbia prevede la realizzazione della cavità in sabbia legata — tradizionalmente a partire da un modello, oppure direttamente tramite stampa 3D — ed è ideale per pezzi di grandi dimensioni, ferro e acciaio, nonché per tempi di produzione rapidi. La fusione a cera persa crea un guscio ceramico rigido attorno a un modello in cera che viene poi bruciato, ed è ideale per pezzi piccoli, a pareti sottili e complessi in acciai inossidabili e superleghe con una superficie fine al momento della fusione. Lo stampo è libero e permeabile nella fusione in sabbia; il guscio è rigido e liscio nella fusione a cera persa.
Cosa costa meno: la fusione in sabbia o la fusione a cera persa con la stampa 3D?
Entrambe le tecniche risultano economiche a bassi volumi perché la fusione elimina la necessità di utensili: nessun modello per la fusione in sabbia, nessun stampo per iniezione di cera per la fusione a cera persa. La fusione in sabbia presenta il costo unitario più basso per i pezzi di grandi dimensioni, poiché il suo costo varia in proporzione al volume di sabbia, che è economico, e la sabbia viene riciclata in misura pari a circa il 95%+. La fusione a cera persa presenta un costo unitario più elevato poiché i materiali per la realizzazione dei gusci e la manodopera necessaria per la loro costruzione non diminuiscono in proporzione alle dimensioni del pezzo. Per pezzi piccoli e complessi realizzati in leghe costose, la fusione a cera persa può comunque rivelarsi la soluzione complessivamente più economica, una volta considerati la lavorazione meccanica e gli scarti di materiale.
La fusione a cera persa è più precisa della fusione in sabbia?
Sì, per i dettagli di piccole dimensioni. La fusione a cera persa riproduce le dimensioni del modello attraverso un guscio rigido cotto con ritiro controllato e compensato, garantendo così tolleranze più strette sulle sezioni sottili e sui dettagli fini. Uno stampo in sabbia stampato può di per sé garantire una tolleranza di ±0,3–0,5 mm, a cui va aggiunto il ritiro da fusione. In pratica, qualsiasi dettaglio con una tolleranza inferiore a pochi decimi di millimetro viene lavorato meccanicamente in entrambi i processi, quindi la differenza incide maggiormente sulle superfici così come fuse e sulle pareti sottili piuttosto che sulle tolleranze finali di imbutitura.
È possibile stampare in 3D stampi per la fusione a cera persa?
Non il guscio stesso su scala industriale: il guscio viene realizzato mediante immersione, e il procedimento standard prevede la stampa 3D del modello in cera, che sostituisce lo stampo per l’iniezione di cera. Le stampanti a cera SLS realizzano modelli in cera PSB direttamente dal CAD, dopodiché l’assemblaggio dell’albero, l’immersione in ceramica, la deceratura e la cottura seguono il processo classico. La tecnologia a getto di legante ceramico consente di stampare anime in ceramica per i canali interni che un guscio non è in grado di formare, e viene utilizzata a tale scopo nelle fusioni di leghe ad alta temperatura.
Quando è opportuno optare per la fusione in sabbia con stampa 3D?
Scegliete la fusione in sabbia quando il pezzo è di grandi dimensioni (di norma superiore a qualche centinaio di millimetri), realizzato in ferro o acciaio, deve essere consegnato in pochi giorni anziché in settimane, oppure quando il costo unitario di una fusione di grandi dimensioni è più importante della finitura al grezzo. I corpi delle pompe, gli alloggiamenti delle valvole, le giranti, i blocchi motore e gli alloggiamenti delle turbine eoliche sono i casi più classici. Se il disegno richiede pareti sottili di circa 1 mm o una rugosità superficiale Ra inferiore a ~6,3 µm sulla superficie appena fusa, la fusione a cera persa è la soluzione più adatta.
Una fonderia può utilizzare entrambi i processi?
Sì, e molti lo fanno. Un modello comune prevede l’uso di stampi in sabbia stampati per la prototipazione e la pre-produzione, mentre il progetto stabilizzato passa alla fusione a cera persa o alla produzione con stampi convenzionali per la produzione in serie; i due processi si combinano direttamente quando un’anima in sabbia stampata viene inserita all’interno di un guscio ceramico. Poiché la stampa elimina la necessità di stampi su entrambi i lati, seguire entrambe le vie significa che nessuno dei due processi si blocca mai su un modello o uno stampo.
Letture correlate
Guide correlate: SLS vs stampa 3D con sabbia, Stampante 3D a sabbia vs stampante 3D a metallo, e il Guida alla fusione in sabbia senza modello.
