Il nuovo processo aiuta il 3D

Sebbene la tecnologia di stampa 3D consenta di produrre in modo efficiente parti metalliche complesse, tali articoli spesso si deformano se sollecitati e riscaldati. Ma presto potrebbe non essere più così, grazie a una nuova tecnica sviluppata al MIT.

Il problema con i componenti metallici esistenti stampati in 3D risiede in un fenomeno noto come “creep”, in cui lo stress meccanico persistente e il calore elevato causano la deformazione permanente dei metalli. È particolarmente probabile che si verifichi il creep quando il metallo è costituito da grani fini, come nel caso del metallo stampato in 3D.

Guidato dal Prof. Zachary Cordero, un team del MIT ha sviluppato un processo di trattamento termico che rende questi grani più grandi e quindi meno suscettibili allo scorrimento. È una variazione di una tecnica esistente nota come ricristallizzazione direzionale.

Nei test di laboratorio, le aste in lega di nichel stampate in 3D sono state inizialmente collocate in un bagno d’acqua a temperatura ambiente direttamente sotto una bobina di induzione, quindi lentamente trascinate verso l’alto attraverso la bobina a varie velocità. In questo modo, si è riscaldata parte di ciascuna asta a temperature comprese tra 1.200 ºC e 1.245 ºC (da 2.192 ºF a 2.273 ºF), producendo un forte gradiente termico all'interno del metallo, tra la bobina e l'acqua.

Questo gradiente a sua volta ha causato la trasformazione dei microscopici grani del metallo in grani “colonnari” molto più grandi. Come suggerisce la parola, i nuovi grani assumevano la forma di colonne, allineate con l'asse di maggiore sollecitazione all'interno del metallo.

Nel caso delle canne si è riscontrato che l'effetto ottimale si verificava ad una temperatura di 1.235 ºC (2.255 ºF) e ad una velocità di estrazione di 2,5 mm all'ora: gli scienziati stanno lavorando per aumentare questa velocità. Inutile dire che altre combinazioni probabilmente funzionerebbero meglio per altri metalli. Infatti, a seconda dell’uso previsto della parte stampata in 3D, la struttura dei grani potrebbe essere variata all’interno di un singolo articolo, modificando la temperatura e la velocità durante il trattamento.

I piani ora richiedono che la tecnologia venga testata su strutture simili alle pale delle turbine a gas o dei motori a reazione, che devono sopportare continue sollecitazioni meccaniche e calore elevato. Se effettivamente si dimostrassero meno inclini allo scorrimento, ciò potrebbe aprire la strada a progetti migliori e più efficienti.

"Le nuove geometrie delle pale e delle palette consentiranno di realizzare turbine a gas terrestri più efficienti dal punto di vista energetico, nonché, eventualmente, motori aeronautici", ha affermato Cordero. “Ciò potrebbe, da una prospettiva di base, portare a una riduzione delle emissioni di anidride carbonica, semplicemente attraverso una migliore efficienza di questi dispositivi”.

Un articolo sulla ricerca è stato recentemente pubblicato sulla rivista Additive Manufacturing.

Fonte: MIT