Il processo di stampa 3D presenta numerosi vantaggi rispetto ad altri metodi di produzione. Per esempio, consente di creare forme molto complesse e utilizza molto meno materiale rispetto ai sistemi tradizionali, rendendolo un processo più efficiente. Tuttavia, uno dei principali svantaggi delle attuali tecniche di stampa 3D è l’incapacità di controllare la struttura interna del metallo. I metalli stampati in 3D sono intrinsecamente forti, ma anche molto fragili, motivo per cui sono necessarie tante modifiche post-produzione tramite trattamenti termici ad alto costo per recuperare la duttilità.
di Sara Bagherifard
Verso la programmazione delle proprietà meccaniche
Un team di ricercatori dell’Università di Cambridge nel Regno Unito, collaborando con colleghi di Singapore, Svizzera, Finlandia e Australia, ha sviluppato un nuovo metodo per affrontare questa sfida nella stampa 3D del metallo che potrebbe aiutare a ridurre i costi e a utilizzare in modo più efficiente le risorse.
Fin dall’Età del bronzo, le parti metalliche venivano realizzate attraverso un processo di riscaldamento e battitura. Questo approccio, in cui il materiale viene indurito con un martello e ammorbidito dal fuoco, consente al produttore di modellare il metallo nella forma desiderata e allo stesso tempo modificarne la struttura interna controllando alcune proprietà fisiche come la resistenza.
Il metodo sviluppato segue la stessa logica, utilizzando il laser come un “martello microscopico” per indurire il metallo durante la stampa 3D. Questa nuova “ricetta” conferisce un elevato grado di controllo sulla struttura interna del metallo mentre viene fuso da un laser e consente di “programmare” le modifiche strutturali nelle leghe metalliche durante il processo di stampa. Ciò significa che le varie proprietà possono essere perfezionate senza il consueto processo di post-produzione ad alta temperatura, il quale ha attualmente costi molto elevati.
Controllando il modo in cui il materiale si solidifica dopo la fusione e la quantità di calore generata durante il processo, i ricercatori possono programmare localmente le proprietà del materiale finale (Figura 1). La strategia sviluppata offre il pieno controllo sia sulla resistenza che sulla tenacità, innescando una riconfigurazione controllata della microstruttura quando la parte metallica stampata in 3D viene inserita in un forno a temperature relativamente basse.
Nuove frontiere per la stampa di metalli
L’acciaio stampato in questo modo, progettato teoricamente e convalidato sperimentalmente, è stato realizzato con regioni alternate di materiale resistente e tenace, rendendo le sue prestazioni paragonabili all’acciaio prodotto tramite riscaldamento e battitura. Questo metodo potrebbe aiutare a ridurre i costi della stampa 3D in metallo, il che potrebbe a sua volta migliorare la sostenibilità dell’industria manifatturiera dei metalli. I prossimi sviluppi mirano a eliminare anche la necessità del post-trattamento termico a bassa temperatura, riducendo ulteriormente il numero di passaggi necessari prima di utilizzare parti stampate in 3D in applicazioni strutturali.
