La stampa 3D in metallo ha un enorme potenziale per rivoluzionare la produzione moderna. Tuttavia, i processi di stampa 3D in metallo esistenti, che utilizzano i laser per fondere insieme polvere metallica fine, hanno i loro limiti. Il motivo è che i metalli generalmente non esistono in uno stato che possono essere facilmente estrusi. Pertanto, questo approccio è spesso costoso e complicato e richiede strutture di supporto ingombranti che non sono distorte dalle alte temperature del processo di fabbricazione. Per fortuna, i ricercatori della Yale University che lavorano con un’azienda chiamata Desktop Metals pensano di aver trovato un modo per rendere la stampa 3D di oggetti metallici più facile che mai. I ricercatori hanno dimostrato un nuovo approccio alla stampa 3D per fondere i filamenti metallici realizzati in vetro metallico in oggetti metallici.
“Abbiamo teoricamente dimostrato in questo lavoro che possiamo utilizzare una serie di altri vetri metallici sfusi e stiamo lavorando per rendere il processo più pratico e commercialmente utilizzabile per rendere la stampa 3D dei metalli facile e pratica come la stampa 3D di materiali termoplastici, “ha dichiarato Jan Schroers, professore di ingegneria meccanica e scienze dei materiali all’Università di Yale.
A differenza dei metalli convenzionali, i vetri metallici sfusi (BMG) hanno una regione liquida super-raffreddata nel loro profilo termodinamico e sono in grado di subire un continuo ammorbidimento al riscaldamento – un fenomeno che è presente nei termoplastici, ma non nei metalli convenzionali. Ciò significa che i BMG possono ammorbidire più facilmente della maggior parte degli altri metalli e possono essere utilizzati nella stampa 3D per generare componenti metallici solidi e ad alta resistenza.
Il Prof. Schroers e colleghi semplificano la produzione additiva di componenti metallici sfruttando il comportamento di ammorbidimento dei metalli unico nel suo genere. In coppia con queste caratteristiche di plastica sono i limiti di alta resistenza ed elasticità, elevata resistenza alla frattura e alta resistenza alla corrosione. Il team si è concentrato su un BMG ben caratterizzato e facilmente disponibile, realizzato in zirconio, titanio, rame, nichel e berillio, con formula in lega: Zr44Ti11Cu10Ni10Be25.
Il team ha utilizzato aste amorfe del diametro di 1 millimetro (mm) e della lunghezza di 700 mm. Viene utilizzato un estruso temperato di 460 gradi Celsius e una forza di estrusione da 10 a 1.000 Newton per forzare le fibre ammorbidite attraverso un ugello di 0,5 mm di diametro. Le fibre vengono quindi estruse in una rete di acciaio inossidabile a 400 ° C in cui la cristallizzazione non avviene fino a che non è trascorso almeno un giorno, prima che possa essere eseguita un’estrusione controllata in modo robotico per creare l’oggetto desiderato.
Al fine di rendere la stampa 3D BMG una tecnica molto diffusa, i ricercatori dicono che le materie prime utilizzate dovrebbero essere rese più ampiamente disponibili. A causa della somiglianza tra FFF di materiali termoplastici e BMG, questo metodo può sfruttare l’infrastruttura tecnologica creata dalla comunità di FFF termoplastico poiché molte delle sfide ingegneristiche che sono state risolte nella FFF termoplastica possono essere facilmente tradotte nella stampa di BMG. Di conseguenza, questa ricerca potrebbe aiutare a realizzare rapidamente ea diffondere la stampa accessibile e pratica dei metalli.
La loro ricerca è stata appena pubblicata sulla rivista Materials Science .