EBM vs. SLM: differenze e confronto

Esistono diverse tecnologie di stampa 3D per la realizzazione di prodotti tridimensionali. Le stampanti 3D a letto di polvere sono una delle tante classificazioni di stampanti. Le stampanti 3D a letto di polvere utilizzano vari metodi per fondere o sinterizzare la polvere e stampare un prodotto strato per strato per formare un pezzo finito. Per stampare un prodotto 3D, le stampanti 3D richiedono un disegno tridimensionale, di solito un file di progettazione assistita da computer (CAD). Il file CAD viene convertito in numerosi strati successivi che verranno stampati nel software di slicing. Lo slicer invia queste informazioni alla stampante 3D per avviare il processo di stampa. La fonte di calore per la stampa della polvere è in genere un raggio laser o elettronico. Le stampanti 3D a letto di polvere sono più precise di altre tecnologie di stampa e consentono la creazione di parti geometricamente complesse.

La fusione a fascio di elettroni (EBM) e una tecnologia di stampa 3D simile, la fusione laser selettiva (SLM), sono tecnologie a letto di polvere che stampano con materiali in polvere in lega metallica. Una differenza è che le EBM emettono un fascio di elettroni anziché un laser (fotoni). Le tecnologie EBM e SLM producono parti forti e dense da polveri metalliche. L'EBM stampa metalli e leghe conduttivi, tra cui titanio, tantalio, acciaio inossidabile, acciaio per utensili, cobalto-cromo, rame e leghe di nichel. Analogamente, la SLM viene utilizzata solo su materiali metallici selezionati. La SLM stampa molti materiali simili, tra cui metalli puri come il titanio, l'acciaio per utensili, il rame, l'acciaio inossidabile e il cromo cobalto. La SLM stampa anche alluminio, leghe di alluminio e metalli preziosi.

L'Electron Beam Melting (EBM) è un processo di fabbricazione additiva che utilizza un processo di stampa 3D e metallo in polvere. Un campo magnetico guida il fascio di elettroni prodotto da un cannone elettronico. Il sistema EBM crea un prodotto a partire da un disegno tridimensionale. Il fascio di elettroni utilizza un filamento di tungsteno surriscaldato per emettere elettroni nella camera a vuoto e riscaldare il materiale. Questi elettroni viaggiano a circa metà della velocità della luce e possono raggiungere temperature fino a 2.000 °C. 

Il fascio di elettroni fonde la polvere metallica per creare un oggetto finito, strato dopo strato fino al completamento. Una camera a vuoto ospita il processo di stampa per evitare l'ossidazione del prodotto metallico a supporto del processo di produzione. Occasionalmente, i prodotti richiedono un trattamento termico per liberare le tensioni interne del prodotto finito.

Il processo EBM fornisce prodotti con caratteristiche fisiche eccellenti. I prodotti sono forti e densi, ma anche leggeri. I prodotti hanno una finitura ruvida, possono richiedere ulteriori finiture superficiali e sono meno precisi rispetto ad altre tecnologie di stampa 3D. Un vantaggio fondamentale della tecnologia a fascio di elettroni è la velocità di stampa: può separarsi in più punti per riscaldare e stampare la polvere contemporaneamente. Inoltre, il fascio di elettroni ad alta energia preriscalda la polvere prima della fusione per accelerare il processo.

Le impurità vengono eliminate durante il processo di fusione a fascio elettronico ad alta intensità. Il processo di stampa 3D EBM stampa principalmente componenti nei settori aerospaziale e medico. I prodotti vengono realizzati anche nei settori automobilistico, della difesa e petrolchimico.

Caratteristiche della stampa 3D EBM:

• Utilizzata su metalli con alte temperature di fusione
• Le temperature raggiungono i 2.000°C
• Parti ad alta densità
• Richiede pochi supporti
• 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-lavorazione per eliminare la cattiva finitura superficiale
• Richiede un periodo di raffreddamento
• I pezzi finiti non sono lisci
• Limitato ai pezzi più piccoli
• Tecnologia proprietaria
• Necessità di tecnici altamente qualificati per l'utilizzo delle apparecchiature EBM

In un confronto tra EDM e SLM, i vantaggi dell'EDM sono i seguenti:

• L'EBM stampa più velocemente
• L'elettroerosione può produrre temperature di fusione più elevate.

Gli svantaggi dell'EDM rispetto alla SLM sono elencati di seguito:

• l'elettroerosione può essere utilizzata solo su materiali conduttivi
• L'elettroerosione ha una minore precisione del prodotto
• L'EBM richiede una camera a vuoto

La fusione laser selettiva (SLM) utilizza un laser ad alta potenza che fonde la polvere metallica con uno o più laser. Nel processo possono essere utilizzati fino a 12 laser. A differenza di altri laser per la stampa 3D, la SLM fonde completamente il materiale anziché sinterizzare, cioè fondere il materiale senza raggiungere lo stato liquido.

Come nel caso dell'EBM, la SLM produce parti forti e dense con pochi scarti di materiale. La stampa 3D SLM è utilizzata per la produzione di parti per l'industria aerospaziale, automobilistica, medica, dentale e per utensili e componenti industriali. 

Caratteristiche della stampa 3D SLM:

• Bassa porosità
• Parti resistenti
• Buona precisione dimensionale
• Basso spreco di materiale
• Sollecitazioni interne
• Possibilità di stampare l'intero assemblaggio
• Finitura ruvida

I vantaggi della SLM, rispetto all'elettroerosione, sono:

• SLM può stampare intere parti o assiemi piuttosto che solo componenti
• SLM ha la possibilità di stampare ad alta velocità o ad alta precisione
• SLM ha una gamma più ampia di materiali
• Può disporre di più laser (fino a 12).

Gli svantaggi della SLM rispetto all'EDM sono i seguenti:

• La stampa SLM è più lenta di quella EBM (a raggio singolo).
• I pezzi SLM possono presentare tensioni interne

Esistono processi di stampa 3D alternativi a EBM e SLM. Tra questi vi sono i seguenti:

• Sinterizzazione laser diretta di metalli (DMLS) - Simile all'SLM, il DMLS utilizza un laser a fibre per fondere la polvere. Il DMLS ha una precisione superiore ma una densità inferiore. Il DMLS richiede inoltre un maggior numero di strutture di supporto.
• Directed-Energy Deposition (DED) - Anche la DED stampa metalli, ma le opzioni di materiale includono filamenti e polveri. Oltre ai metalli forti e densi, il DED può stampare anche polimeri e ceramiche. Il DED può stampare più materiali in modo rapido e produrre prodotti più grandi.
• La sinterizzazione laser selettiva (SLS) è molto simile alla SLM. La differenza principale è che la SLM stampa plastica anziché metallo.

In sintesi, EDM e SLM sono tecnologie di stampa 3D a fusione a letto di polvere di metallo che utilizzano una fonte di calore ad alta intensità per fondere una polvere di metallo e produrre prodotti resistenti e densi. L'EBM può lavorare solo metalli conduttivi e richiede una camera a vuoto, mentre la SLM può avere fino a 12 laser per accelerare la stampa e stampare interi gruppi di componenti.