Direct Energy Deposition (DED): tutto quello che c’è da sapere

La deposizione diretta di energia o Direct Energy Deposition (DED) è un processo di stampa 3D tipicamente utilizzato per riparare o aggiungere ulteriore materiale a componenti esistenti. È naturalmente possibile fabbricare pezzi da zero servendosi di questa tecnologia, ma è spesso utilizzata per applicazioni industriali quali la riparazione di lame di turbine o eliche danneggiate.

Similmente a quanto avviene in alcune tecnologie di fusione a letto di polvere (PBF) (come LPBF o EBM), la deposizione diretta impiega una fonte di energia concentrata come un raggio laser o un fascio di elettroni per fondere il materiale. Tuttavia, il materiale viene fuso nello stesso momento in cui viene depositato dall’ugello. In un certo modo, questa tecnologia si trova al confine tra estrusione di materiale e fusione a letto di polvere.

Va notato che spesso ci si riferisce a questa tecnologia con altri nomi come Laser Engineered Net Shaping (LENS), Direct Metal Deposition (DMD), Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM), ecc. a seconda della specifica applicazione o metodo.

Immagine: BeAM

Come funziona la tecnologia Direct Energy Deposition?

Come nel caso di qualsiasi tecnica di stampa 3D, il design di un pezzo inizia con la creazione del modello 3D utilizzando un software CAD. Il pezzo viene quindi tagliato da uno slicer in una moltitudine di strati, che rappresentano i vari strati di materiale necessari per formare il pezzo.

La tecnica funziona depositando materiale su una base o su un componente che viene riparato attraverso un ugello montato su un braccio multi assiale (solitamente 4 o 5). Il materiale di metallo con cui è alimentato l’ugello è fornito in polvere o in forma di filo. Mentre viene depositato, una fonte di calore fonde il materiale utilizzando un laser, un fascio di elettroni o un arco al plasma. Questa procedura viene eseguita ripetutamente, fino a quando gli strati non si solidificano e l’oggetto è completo.

Il processo di fabbricazione additiva DED con l’uso di un fascio di elettroni | Immagine di Dassault Systèmes

Nel caso dei sistemi a fascio di elettroni, il processo deve essere eseguito sotto vuoto per evitare che gli elettroni interagiscano o siano deviati dalle molecole d’aria. I sistemi al laser richiedono una camera interamente inerte se si lavora con metalli reattivi, è richiesto un notevole quantitativo di gas e di tempo per raggiungere i livelli di ossigeno desiderati. In alternativa, è possibile utilizzare una copertura di gas protettivo, sufficiente a proteggere dalla contaminazione il metallo depositato.

Materiali e applicazioni

Questo processo è tipicamente utilizzato con i metalli, sotto forma di polvere o di filo. Tuttavia, è possibile utilizzare la DED anche con polimeri e ceramiche. Ad esempio, AREVO impiega per la DED un filamento di fibra di carbonio per fabbricare parti composite leggere destinate al consumatore finale. Il filamento termoplastico è fuso da una fonte di calore ed è compattato da un rullo per creare gli strati dell’oggetto.

Per quanto riguarda i metalli, quasi ogni metallo saldabile può essere stampato in 3D con la DED. Ciò include titanio e leghe di titanio, inconel, tantalo, tungsteno, niobio, acciaio inossidabile, alluminio, ecc. Il filo utilizzato solitamente ha un diametro di 1-3 mm e le dimensioni delle particelle di polvere sono simili a quelle impiegate nei processi di metallurgia delle polveri, tra 50 e 150 micron.

Come indicato in precedenza, una delle applicazioni uniche di questa tecnologia è la possibilità di riparare pezzi metallici che sono stati danneggiati. Secondo ASTM International: “La DED ha la capacità di produrre pezzi relativamente grandi (volume di stampa > 1000 mm³) che richiedono una minima lavorazione meccanica e una lavorazione secondaria relativamente piccola. Inoltre, i processi di DED possono essere utilizzati per produrre componenti con gradienti di concentrazione o strutture ibride composte da vari materiali caratterizzati da diverse composizioni e strutture”.

Polvere di metallo | Immagine: Trumpf

I principali player sul mercato

Oggi sul mercato sono presenti diversi produttori di stampanti 3D DED. BeAm è uno dei principali attori nel settore. Offre tre soluzioni: la Magic 80 e le Modulo 250 e 450. Tutte impiegano il laser come fonte di calore. Tra gli altri produttori che creano macchine DED laser troviamo Trumpf, Optomec, FormAlloy, DMG Mori, InssTek, Relativity e altri.

Per quanto riguarda i sistemi DED a fascio di elettroni, EBAM è una tecnologia commercializzata da Sciaky Inc; offre 5 macchine diverse e anche la possibilità di creare un proprio sistema personalizzato. Un altro produttore è Evobeam GmbH. Infine, tra i produttori di stampanti 3D DED ad arco al plasma troviamo Norsk Titanium, WAAM, GEFERTEC, Prodways e Lincoln Electric.

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