PENN STATE RICEVE UNA SOVVENZIONE 3M PER STUDIARE I METODI DI CONTROLLO DELLA QUALITÀ PER LA STAMPA 3D IN METALLO
La Pennsylvania State University (PSU) ha ricevuto una sovvenzione del valore di $ 180.000 dalla società di tecnologia scientifica 3M per esplorare i metodi di controllo della qualità per la stampa 3D in metallo.
Rinnovabile fino a tre anni per un totale di 540.000 dollari, la sovvenzione fa parte di un accordo tra le due parti per guidare la ricerca sulla produzione additiva e altre attività.
“3M sta finanziando la sovvenzione ma, cosa più importante, la società sarà uno stretto collaboratore di questo progetto”, ha affermato Allison Beese, ricercatrice principale e professore associato di scienza dei materiali e ingegneria presso il College of Earth and Mineral Sciences. “I ricercatori della Penn State garantiranno il rigore scientifico, mentre 3M – leader nella produzione additiva industriale – guiderà la rilevanza del settore, continuando a costruire la forte partnership tra 3M e Penn State”.
PSU ha condotto una serie di progetti di ricerca sulla produzione additiva negli ultimi anni, oltre a lanciare il proprio corso di laurea per aiutare gli ingegneri ad affrontare le questioni legali che sorgono nel settore della stampa 3D.
Nel 2018, i ricercatori PSU hanno creato un nuovo metodo di stampa 3D per creare blocchi di tessuto con micropori, coinvolgendo le cellule staminali stampate in 3D derivate da grasso umano mescolato con porogeni di alginato di sodio trovati nelle alghe. Poco dopo, un altro team di ricerca della Penn State ha trovato un modo per massimizzare la quantità di luce emessa dalle lampadine a LED utilizzando la stampa 3D su nanoscala ad alta precisione .
Più recentemente, PSU ha ricevuto $ 75.000 per sviluppare il suo sistema di stampa 3D in calcestruzzo in seguito alla sua partecipazione alla 3D Printed Mars Habitat Challenge della NASA . Il team multidisciplinare mirava a utilizzare la somma per progettare un calcestruzzo sostenibile ad alte prestazioni con una nuova miscela a base di cemento da utilizzare nella loro macchina di produzione additiva robotica a sei assi.
Il team PSU utilizzerà un metodo di valutazione non distruttivo (NDE), in cui una parte o un sistema viene testato senza essere danneggiato, per valutare le parti stampate in 3D. In particolare, il team si concentrerà sullo studio dei metodi di controllo della qualità per il binder jetting, un processo di produzione additiva che combina strati ripetuti di particelle di polvere e un adesivo.
Attualmente, i processi di valutazione comportano il test delle proprietà di una parte campione per determinare se un intero lotto è adeguato e sicuro per l’uso. Se una parte supera o non supera questi test, raramente viene valutata ulteriormente e la causa rimane in gran parte non identificata.
“Stiamo cercando di sviluppare una comprensione scientifica dettagliata di come collegare il processo a getto di legante alla microstruttura e alla qualità della parte”, ha aggiunto Beese. “Alla fine della giornata, qualcuno dovrebbe essere in grado di utilizzare NDE per valutare una parte per determinare se la parte è adatta all’uso e sapere esattamente cosa nella sua microstruttura si traduce in proprietà buone o cattive”.
I ricercatori esploreranno quindi le connessioni tra i processi utilizzati, la microstruttura delle parti e le loro proprietà meccaniche, per comprendere più chiaramente le ragioni del guasto e come i metodi di produzione potrebbero essere migliorati di conseguenza.
L’edificio delle scienze e della tecnologia dell’informazione che ospita il College of Engineering della Penn State. Foto via Penn State.
NDE ultrasonica
Durante la loro indagine, il team PSU utilizzerà la NDE ultrasonica, che prevede l’invio di onde ultrasoniche in un materiale e l’osservazione del loro movimento. Attraverso questo, i ricercatori saranno in grado di identificare caratteristiche microscopiche e difetti nella struttura della parte che influenzano le sue prestazioni meccaniche.
L’uso della NDE ultrasonica aiuterà il team a prevedere i fallimenti o i successi delle prestazioni prima che si verifichino e consentirà loro di trarre conclusioni dai risultati. La comprensione dei collegamenti tra processo, struttura, proprietà e prestazioni (PSPP) fornirà anche informazioni su come le parti potrebbero essere ridisegnate e ottimizzate attraverso modifiche al materiale e al processo di produzione.
“Miriamo a sviluppare modelli che colleghino le misurazioni ultrasoniche alla microstruttura e collaboriamo con il Dr. Beese per collegare l’analisi della microstruttura alle proprietà meccaniche”, ha affermato Andrea Arguelles, co-ricercatore principale e assistente professore di ingegneria e meccanica presso PSU. “Il nostro obiettivo finale è sviluppare un metodo e un modello a ultrasuoni che forniscano ai produttori una previsione delle prestazioni di una parte”.
Lavorando al fianco di Arguelles e Beese sarà il co-preside e assistente professore di scienze ingegneristiche e meccanica, Christopher Kube, che ritiene che l’uso degli ultrasuoni NDE durante il progetto fornirà nuovi risultati.
“L’ecografia è uno strumento tradizionale per valutare la qualità dei componenti strutturali che sono già stati fabbricati”, ha affermato. “Questo progetto, tuttavia, è unico in quanto gli ultrasuoni vengono utilizzati parallelamente al processo di sviluppo del materiale per accelerare verso componenti strutturali di alta qualità”.
