DMLS vs. EBM: differenze e confronto

La stampa 3D comprende una varietà di tecnologie e tipi di materiali diversi per produrre una parte stampata in 3D. In diversi metodi di stampa si utilizzano materiali in polvere al posto dei filamenti. La sinterizzazione laser diretta di metalli (DMLS) è una delle tecnologie più popolari rispetto alla fusione a fascio di elettroni (EBM),

ma ci sono diverse somiglianze. Le differenze riguardano il processo di fusione della polvere. 

Il DMLS utilizza un laser a fibra ad alta potenza per fondere la polvere metallica, strato per strato, per costruire oggetti 3D. Le EBM utilizzano un fascio di particelle di elettroni, chiamato electron beam melting (EBM), per fondere la polvere e produrre parti. Un cannone elettronico genera il fascio di elettroni diretto sul letto di polvere ad alta velocità. Il calore del fascio di elettroni fonde la polvere, formando uno strato solido.

Altre tecnologie di stampa 3D che utilizzano materiale in polvere per produrre parti sono le seguenti:

• Sinterizzazione laser selettiva (SLS)
• Fusione laser selettiva (SLM)
• Taglio a getto di legante
• Fusione a getto multiplo (MJF)
• Stampa 3D PolyJet

La sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS) è una tecnologia di stampa 3D che utilizza un letto di polvere e un laser per fabbricare prodotti metallici, anche per la prototipazione rapida e la produzione di massa. Queste parti sono prodotte a partire da un disegno tridimensionale CAD (Computer Aided Design) convertito per stampare ogni strato del prodotto. Limitatamente alle polveri di leghe metalliche e ai derivati del metallo, la DMLS sinterizza le polveri (non le fonde) con un laser a fibra per creare ogni strato del prodotto. La sinterizzazione riscalda le particelle di polvere in uno stato eccitato per saldarle insieme. Grazie alla sinterizzazione, i pezzi sono più porosi e le materie plastiche possono essere combinate con i metalli.

La camera di costruzione DMLS ha un gas inerte per prevenire l'ossidazione durante la stampa del prodotto. Una stampante EBM previene l'ossidazione con una camera a vuoto. Sono necessari supporti aggiuntivi per limitare la distorsione del prodotto. Le varie applicazioni del DMLS comprendono i settori aerospaziale, medico, dentale, gioielleria, oreficeria e prototipi.

Caratteristiche della stampa 3D DMLS:

• Stampa diretta di materiali e stampa di polveri miste
• Ampia scelta di materiali
• Buona finitura superficiale
• La polvere metallica non sinterizzata può essere riutilizzata
• Parti ragionevolmente resistenti
• Problemi di porosità
• Piccoli volumi di costruzione
• Attrezzature costose

I vantaggi della DMLS rispetto all'elettroerosione sono i seguenti:

• Stampa ad alta risoluzione
• Ampia scelta di materiali

Gli svantaggi del DMLS rispetto all'EBM sono elencati di seguito:

• Le parti DMLS presentano porosità, che possono essere controllate ma non eliminate.
• Il DMLS non può stampare materiali o progetti di prodotti con punti di fusione elevati.
• Le parti DMLS sono soggette a stress interno, mentre l'EBM allevia le sollecitazioni grazie all'ambiente a temperatura più elevata.

L'Electron Beam Melting (EBM) è un processo di stampa 3D di produzione additiva che utilizza la fusione del letto di polvere per stampare i prodotti. Il metallo in polvere viene fuso da un fascio di elettroni ad alta energia che produce un flusso di elettroni. Un campo magnetico guida il flusso di elettroni per sviluppare parti in un processo strato per strato utilizzando il disegno tridimensionale del prodotto. Il processo EBM è contenuto in una camera a vuoto per proteggere il processo dall'ossidazione dei materiali metallici. La camera di costruzione può essere riscaldata a 1.000°C e oltre.

La differenza rispetto al DMLS è che l'EBM utilizza un potente fascio di elettroni per fondere il materiale, mentre il DMLS utilizza un laser. Il fascio di elettroni disperde più energia del laser e può muoversi a velocità più elevate. Il fascio può essere diviso e fondere diverse aree contemporaneamente. In questo modo, il fascio può preriscaldare ogni strato prima della fusione e produrre un prodotto finale più resistente e ad alta densità. Sebbene si stiano sviluppando nuovi materiali per l'EBM, l'unicità di questo processo fa sì che la selezione dei materiali per l'EBM sia limitata a materiali e leghe conduttivi. Inoltre, poiché i pezzi EBM sono più resistenti, sono necessari meno supporti durante la stampa.

I materiali disponibili in commercio per l'EBM includono:

• Cromo cobalto
• Rame
• Lega di nichel
• Acciaio inossidabile 
• Leghe di tantalio e titanio-tantalio
• Acciaio per utensili
• Titanio e leghe di titanio

I prodotti EBM hanno proprietà meccaniche superiori, che li rendono ideali per i settori aerospaziale, automobilistico, della difesa, medico e petrolchimico. Inoltre, il processo ha un elevato grado di sostenibilità: il 95%-98% della polvere inutilizzata viene riciclata.

Caratteristiche della stampa 3D EBM:

• Parti ad alta densità
• Pochi supporti necessari
• Eccellenti proprietà meccaniche
• Raramente è necessario un trattamento termico
• Riciclaggio fino al 98% della polvere inutilizzata
• Lavorazione dei pezzi tipicamente veloce
• Selezione limitata di materiali (solo materiali e leghe conduttivi)
• Macchine e materiali costosi
• Richiede una post-elaborazione per eliminare la cattiva finitura superficiale
• Lungo periodo di raffreddamento post-stampa.
• Limitato alle parti più piccole

I vantaggi dell'EBM rispetto al DMLS sono i seguenti:

• L'EBM è più veloce perché diffonde il suo potente fascio di luce in più punti e preriscalda ogni strato.
• L'EBM può lavorare con temperature di fusione molto elevate.

Gli svantaggi dell'EBM rispetto alla DMLS sono i seguenti:

• L'EBM può stampare solo metalli conduttivi
• L'EDM deve stampare in una camera a vuoto
• Selezione limitata dei materiali
• Attrezzature più costose

L'alternativa al DMLS e all'EBM è la fusione laser selettiva (SLM), una tecnologia di produzione additiva simile che utilizza un laser per fondere la polvere di metallo. Inoltre, fonde la polvere strato per strato per produrre parti 3D. La SLM 3D è spesso utilizzata per applicazioni mediche, aerospaziali e automobilistiche. La SLM stampa anche in un ambiente con gas inerte.

Altre tecnologie paragonabili al DMLS sono il Binder Metal Jetting (BMJ). La tecnologia BMJ utilizza un legante per unire le particelle di polvere metallica per ogni strato. Il BMJ non richiede supporti come il DMLS; stampa velocemente e produce un'eccellente finitura superficiale. I prodotti BMJ richiedono una post-lavorazione.

Tra le tecnologie simili all'EBM (oltre alla DMLS) vi è la deposizione diretta di energia (DED). La DED alimenta un filo metallico attraverso un ugello di stampa riscaldato per stampare. Il prodotto finale ha caratteristiche meccaniche eccellenti, simili a quelle dei prodotti EBM.

In sintesi, la DMLS e l'EDM sono entrambe tecnologie di stampa 3D a fusione a letto di polvere che utilizzano una fonte di calore per fondere una polvere metallica. Entrambe richiedono una camera a vuoto e un raffreddamento post-stampa. L'EBM (Electron Beam Melting) produce parti altamente dense ma ha una scarsa finitura superficiale. Anche il DMLS produce parti molto dense, ma con una finitura superficiale migliore.