Oltre la camera di costruzione: Solukon sul depowdering automatizzato per la produzione AM

13 maggio 2025 | Tempo di lettura: 5 min

La produzione additiva (AM) sta colmando sempre più il divario tra la prototipazione e la produzione su larga scala, una transizione che richiede automazione e precisione in ogni fase. Sebbene il processo di stampa in sé sia spesso sotto i riflettori, le fasi successive alla lavorazione, come la rimozione della polvere, sono fondamentali per ottenere pezzi affidabili e di alta qualità.

In un recente episodio dell'Additive Snack Podcast, il conduttore Fabian Alefeld ha incontrato Hemank Raj, esperto di Solukon, per esplorare il ruolo cruciale del depowdering automatizzato nella catena del valore dell'AM. La discussione ha fatto luce sul motivo per cui quest'area apparentemente di nicchia è, in realtà, una pietra miliare per la scalabilità dell'AM, in particolare per le applicazioni complesse nei settori esigenti di
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Dal mercato alle soluzioni automatizzate: La storia di Solukon

Il viaggio di Solukon verso il depowdering automatizzato non è iniziato come un'impresa speculativa, ma come una risposta diretta a un'esigenza del mercato.

Hemank Raj ha spiegato che Solukon, inizialmente una società di consulenza ingegneristica fondata da Andreas Hartmann e Dominik Schmidt - entrambi con decenni di esperienza nella costruzione di macchine e nella stampa 3D - è stata contattata da una rinomata casa automobilistica tedesca. Questo colosso automobilistico, che ha adottato per primo le stampanti 3D di grande formato, si trovava ad affrontare sfide significative nello smaltimento di parti grandi e complesse.

Hanno sviluppato la prima soluzione automatizzata, che ha riscosso un tale successo e il favore dei clienti che la voce si è rapidamente diffusa, portando ad altri ordini da vari settori.

Il processo di depowdering automatizzato: Sicurezza, ripetibilità ed efficienza

Il cuore dell'offerta di Solukon è un processo di depowdering automatizzato "completamente a mani libere". Si tratta di rimuovere la polvere non fusa dalle parti stampate in 3D senza alcun intervento manuale, il tutto all'interno di una camera sigillata e controllata dall'atmosfera. A seconda del materiale, questa camera è riempita con un gas inerte come l'azoto (per l'alluminio) o l'argon (per il titanio) per garantire la sicurezza. Grazie alla rotazione e alle vibrazioni programmabili, i sistemi Solukon assicurano una rimozione accurata e costante della polvere.

Raj ha sottolineato due vantaggi fondamentali rispetto ai metodi manuali o semi-automatici:

Maggiore sicurezza: Eliminazione dell'esposizione dell'operatore a polveri metalliche potenzialmente pericolose.
Processi affidabili e ripetibili: Garantire che i pezzi vengano puliti ogni volta secondo gli stessi standard.

In precedenza, la depolverizzazione di parti complesse con canali interni richiedeva spesso l'uso di vibratori esterni in ambienti aperti, con rischi per la salute e tempi considerevoli, oppure l'utilizzo di camere di sabbiatura manuali in cui gli operatori indirizzavano manualmente l'aria nei canali. Questi metodi non offrono la sicurezza, la coerenza e l'efficienza delle soluzioni automatizzate, soprattutto per i componenti grandi, pesanti o con canali intricati.

Le applicazioni che beneficiano maggiormente del depowdering automatico

Per molti clienti di Solukon, la salute e la sicurezza dell'operatore sono di primaria importanza, rendendo il depowdering manuale un'opzione non praticabile anche per i pezzi più semplici. Oltre alla sicurezza, i pezzi grandi e pesanti, come quelli di altezza fino a 1,5 o 1,6 metri che le macchine più grandi di Solukon sono in grado di gestire, sono praticamente impossibili da scarificare manualmente.

La costruzione di sistemi così grandi presenta sfide ingegneristiche proprie. Solukon privilegia i dispositivi "plug and play", progettando macchine con dimensioni ridotte per la spedizione di unità intere, che richiedono solo il collegamento all'aria compressa e al gas inerte.

Per i pezzi più voluminosi, le macchine Solukon sono dotate di grandi porte che si aprono a 120 gradi per l'accesso dei carrelli elevatori e persino di tetti che si aprono verticalmente per il carico della gru.

Internamente, il sistema di trasporto deve gestire volumi significativi di polvere (poiché la polvere costituisce spesso la maggior parte del peso iniziale) in un'atmosfera inerte, consentendo elevati tassi di recupero della polvere (fino al 99%, come riferito da un cliente). L'interfaccia con i sistemi di movimentazione della polvere è semplificata per il cliente e spesso richiede solo un collegamento a due fili per i sensori che gestiscono il trasferimento della polvere mantenendo l'atmosfera inerte.

Garantire qualità e ripetibilità: Depowdering intelligente

Una delle preoccupazioni principali del depowdering è quella di garantire l'estrazione di tutto il materiale, soprattutto dai canali interni complessi in cui le particelle possono rimanere intrappolate. Solukon affronta questo problema con diverse caratteristiche. Le loro macchine incorporano un Digital Factory Tool (DFT), un pacchetto di sensori che registra numerosi dati durante il processo di depowdering. Questi dati consentono ai clienti di monitorare il processo in dettaglio, di esportare rapporti (generando anche rapporti sull'impronta di carbonio che descrivono in dettaglio il consumo di energia e di gas) e di garantire la ripetibilità rispettando gli standard stabiliti.

La programmazione dei modelli di rotazione e vibrazione del sistema può essere adattata alla complessità del pezzo:

Modalità manuale: Consente il controllo iniziale dell'operatore per osservare il flusso della polvere.
Modalità automatica: Sufficiente per il 50-60% dei clienti; la macchina ruota il pezzo attraverso tutti i possibili orientamenti con vibrazioni ed eccitazione dell'ugello ad alta frequenza per una durata impostata.
Modalità profilo: Per le geometrie meno complesse, gli utenti possono programmare angoli di rotazione e comandi del vibratore specifici, sia sulla macchina che su un computer.
SPR-Pathfinder®: L'opzione più avanzata, fondamentale per i pezzi con canali interni intricati (ad esempio, i canali di 1,0 mm di diametro sono ormai comuni). Questo software voxelizza la parte
, identifica tutti gli spazi vuoti, li riempie virtualmente con particelle di polvere e calcola il percorso di uscita più efficiente per ogni particella, come se si trattasse di svuotare uno stadio.

Progettazione per il depowdering: Considerazioni critiche

Raj ha concordato sul fatto che la progettazione per la post-elaborazione, in particolare per il depowdering, è spesso trascurata. Gli errori di progettazione più comuni includono canali interni
estremamente stretti o ciechi, senza porte di uscita. Le linee guida fondamentali per la progettazione includono:

Garantire porte di uscita per tutti i canali.
Mantenere un rapporto lunghezza/diametro (L/D) conservativo per i canali interni (storicamente intorno a 4, anche se oggi Solukon gestisce rapporti molto più estremi).
Evitare gli angoli acuti nei canali; optare per strutture lisce e a spirale.
Ridurre al minimo la rugosità della superficie interna, poiché la polvere tende ad aderire alle superfici ruvide a causa dell'incastro meccanico.

Il software SPR Pathfinder aiuta in questo senso, consentendo ai progettisti di simulare il flusso della polvere attraverso i canali interni prima della stampa, identificando i colli di bottiglia fin dalle prime fasi del processo di progettazione. Solukon è riuscita a depowerizzare con successo pezzi con canali del diametro di 0,4 mm, spesso utilizzando un eccitatore a ultrasuoni che fa vibrare il pezzo nella gamma degli ultrasuoni (circa 30-38 kHz) per rompere la polvere raggrumata in canali molto sottili senza danneggiare il pezzo.

Il futuro: Robotica e soluzioni integrate

Raj ha rivelato il lavoro in corso per rendere il depowdering "più automatizzato, più intelligente", compresa l'implementazione di un braccio robotico all'interno delle loro macchine, che può utilizzare eccitatori specializzati per colpire specifiche aree di strozzatura o eseguire la sabbiatura automatica in canali difficili da raggiungere.

Solukon continua inoltre a sviluppare soluzioni personalizzate per sfide uniche dei clienti, come il carico e lo scarico completamente automatico mantenendo un'atmosfera inerte.
Questa evoluzione posiziona Solukon come un'azienda di ingegneria meccatronica dedicata a fornire soluzioni complete di depowdering, non solo macchine.

Gli approfondimenti di Hemank Raj sottolineano che il depowdering automatizzato non è un semplice add-on, ma è un processo intricato e guidato dalla tecnologia, fondamentale per la qualità, la sicurezza, l'efficienza e l'economicità della produzione AM. Con il progredire del settore, queste soluzioni intelligenti di post-elaborazione apriranno sempre più opportunità di progettazione e consolideranno il ruolo dell'AM come metodo di produzione valido per le applicazioni più esigenti.