Study of an innovative extrusion-based additive manufacturing technique

Additive manufacturing today is becoming a very important technology, in constant growing in the field of rapid prototyping and low scale production. In the current industry, fabrication of metallic and ceramic artifacts by means of feedstock extrusion additive manufacturing is receiving attention due to the capacity of this technology to deal with low costs and materials that possess a low Additive Manufacturability Index when treated with high power beam technologies. In this context, in 2014, a machine called EFeSTO has been developed at Politecnico di Milano. It adopts a binder-based cold process extruding a mixture of metal powders and polymeric binder at low temperature (around 100°C) and then sintering it. The aims of EFeSTO are printing hard materials, not affecting them with thermal distortions and reduce costs. The aim of this work is to carry out an experimental activity on the use of the Extrusion Freeform Fabrication (EFF) technology in order to find the best parameters in the process chain from the CAD drawing to the printing of a component. A first critical point is the conversion from STL, obtained by CAD, to G-code file done by software called slicers. Then the extrusion of filaments and the minimization of air gaps in some printed objects are investigated varying machine parameters and binder percentage. The latter is fundamental in the post-process debinding and sintering stages to obtain the final desired component.

La manifattura oggigiorno sta diventando una tecnologia molto importante, in constante crescita nel campo della prototipazione rapida e produzione in bassa scala. Nell'industria attuale, la fabbricazione di artefatti metallici e ceramici tramite manifattura additiva per estrusione di feedstock sta ricevendo attenzione per la capacità di questa tecnologia di avere bassi costi e lavorare materiali con un basso indice di manifattura additiva quando trattati con tecnologie con fasci ad elevate potenze. In questo contesto, nel 2014, una macchina chiamata EFeSTO è stata sviluppata al Politecnico di Milano. Essa adotta un processo a freddo basato sull'estrusione di un composto di polvere metallica e polimeri plastici a basse temperature (circa 100°C) che poi viene sinterizzato. L'obiettivo di EFeSTO è la stampa di materiali duri, facendo attenzione a non danneggiandoli con distorsioni termiche e riducendo i costi. L'obiettivo del lavoro è di condurre un'attività sperimentale sull'uso della tecnologia EFF (fabbricazione per estrusione libera) per trovare i parametri ottimali dalla progettazione CAD alla stampa del componente. Un primo punto critico è la conversione da STL, ottenuto da CAD, a file G-code tramite software chiamati slicers. Poi l'estrusione del filamento e la minimizzazione dei vuoti sono studiati variando i parametri della macchina e le percentuali di binder. Quest'ultimo punto è fondamentale, anche dopo la stampa, nei processi di rimozione dei polimeri plastici e di sinterizzazione per ottenere il componente finale desiderato.