Un dottorando dell’Università SUPSI in Svizzera, Marco Pelanconi, ha realizzato un’avanzamento significativo nel campo della stampa 3D in ceramica, elaborando un processo di fabbricazione additiva ibrida per costruzioni ceramiche complesse.
Pelanconi ha progettato un rivoluzionario metodo di stampa 3D ibrida per produrre strutture ceramiche intricate nell’ambito del suo progetto di dottorato presso l’Università di Scienze Applicate e Arti della Svizzera Meridionale (SUPSI). Il suo supervisore, il professor Alberto Ortona dell’Università di Padova, ha applaudito il suo contributo significativo.
Da vent’anni, l’Hybrid Materials Laboratory (HM Lab) di SUPSI si dedica alla ricerca sui materiali ceramici per la stampa 3D. Il professor Ortona, nel 2019, ha dimostrato l’incredibile potenziale della stampa 3D di materiali ceramici porosi. Nel contempo, Pelanconi ha brillantemente difeso la sua tesi di dottorato in questo specifico campo di studio.
Nel suo progetto di ricerca, Pelanconi ha ideato un procedimento di stampa 3D, specificamente progettato per realizzare strutture ceramiche sofisticate. L’approccio si basa sulla stampa 3D di preforme polimeriche microporose attraverso il processo di Sinterizzazione Selettiva Laser (SLS), unitamente all’infiltrazione di polimeri pre-ceramici. Successivamente, la pirolisi trasforma il polimero in ceramica a circa 1000°C. Infine, l’infiltrazione di silicio fuso serve per compattare la struttura, ottenendo parti in ceramica altamente densificate, come affermato dall’università.
Il progetto si è avvalso del kit Sintratec. Pelanconi ha sottolineato l’importanza dei parametri configurabili del kit per la riuscita del progetto. Ha affermato: “Il kit ci ha consentito di variare molti parametri di stampa, tra cui la temperatura della superficie del materiale in polvere, lo spessore dello strato, la velocità del laser, la distanza tra le linee e molto altro, semplificando la gestione della porosità delle parti stampate in 3D”.
Manipolando questi elementi, Pelanconi è riuscito a raggiungere una porosità ottimale e una qualità del prodotto finito elevata, elementi cruciali per l’infiltrazione successiva.
Pelanconi ha studiato due strutture cilindriche porose di forme differenti: un cubo rotato e un giroide, per dimostrare come il suo metodo potrebbe essere applicato a figure complesse. Dopo la stampa in PA12 e la conversione in ceramica, le parti risultanti hanno evidenziato “proprietà meccaniche e termiche eccezionali”, ha affermato l’ingegnere meccanico.
Nonostante un restringimento del -25%, le stampe hanno conservato la loro forma senza distorsioni o crepe macroscopiche. Pelanconi ha dichiarato che la resistenza biassiale delle parti, di 165 MPa, potrebbe essere ulteriormente migliorata ottimizzando il processo.
Commentando le prospettive offerte dalle strutture ceramiche complesse, Pelanconi ha aggiunto: “Queste categorie di materiali offrono proprietà termomeccaniche ineguagliabili che non sono possibili con l’acciaio, come resistenza ad alte temperature, resistenza all’ossidazione, resistenza agli shock termici e alta resistenza”.
L’università sostiene che l’approccio innovativo di Pelanconi, attuato all’interno dell’HM Lab, potrebbe essere utilizzato nell’industria high-tech, grazie alla varietà di materiali ceramici che possono essere derivati da diversi polimeri preceramici.
