La stampa 3D e l’ossidazione: una nuova opportunità
Ricerca innovativa finanziata dalla NSF
Il professor Changhong Ke della Thomas J. Watson School of Engineering and Applied Science presso la Binghamton University ha ricevuto una sovvenzione dalla National Science Foundation (NSF) per esplorare l’incorporazione di nanotubi nei metalli prodotti tramite stampa 3D. Questa ricerca mira a trasformare una sfida ingegneristica comune, l’ossidazione, in un vantaggio.
Sfide dell’ossidazione nei metalli
L’ossidazione è un problema significativo nella progettazione di sistemi meccanici con metalli, poiché porta alla formazione di ruggine e degrada le prestazioni e la durata delle attrezzature. I metalli prodotti con tecniche di produzione additiva, sebbene abbiano permesso avanzamenti in settori come l’aerospaziale, il marittimo e l’automobilistico, sono particolarmente suscettibili ai danni in ambienti corrosivi a causa della maggiore porosità rispetto ai metalli tradizionali.
Sfruttare l’ossidazione
La ricerca di Ke si concentra sull’idea innovativa di rendere i metalli più forti attraverso l’ossidazione. Incorporando nanotubi di nitruro di boro nell’alluminio stampato in 3D, il team spera di creare materiali auto-rinforzanti in condizioni corrosive. Il nitruro di boro, usato in cosmetici, mine di matite e cemento dentale, potrebbe migliorare la resistenza del materiale in presenza di ossidazione.
“Non possiamo evitare l’ossidazione, quindi stiamo cercando di utilizzarla per rinforzare il materiale,” ha spiegato Ke. “Questo approccio potrebbe portare a progettare materiali con porosità specifiche o strutture che si ossidano facilmente, non danneggiando ma rafforzando il materiale.”
Meccanismo di auto-rinforzo
I nanotubi utilizzati sono estremamente sottili, misurando pochi nanometri di spessore e alcune centinaia di micrometri di lunghezza. Per studiare come l’ossidazione influisce sul legame dei nanotubi con il metallo, il team utilizzerà un sensore di forza per estrarre singoli nanotubi dal metallo ossidato osservando il processo in tempo reale attraverso un microscopio elettronico a scansione ad alta risoluzione.
“Abbiamo progettato una struttura simile a un sandwich,” ha detto Ke. “I nanotubi sono come la carne, mentre il metallo è il pane.”
Test e collaborazioni
I ricercatori testeranno il materiale a livello macroscopico per valutare come l’ossidazione influisce su rigidità, resistenza e tenacità del metallo rinforzato con nanotubi. Collaboratori dell’Università dell’Illinois utilizzeranno modelli assistiti da computer per confermare i risultati sperimentali di Ke.
“Speriamo di offrire alla comunità scientifica una nuova prospettiva sull’ossidazione dei metalli e sul futuro della progettazione dei materiali,” ha dichiarato Ke. “Questo potrebbe rivoluzionare la ricerca sui materiali metallici, specialmente quelli stampati in 3D, e rilanciare la competitività del settore manifatturiero statunitense.”
La ricerca di Ke potrebbe aprire nuove strade per applicazioni in vari settori, migliorando la resistenza e la durabilità dei materiali metallici attraverso la stampa 3D e l’ossidazione.
