Laser Powder Bed Fusion: un nuovo approccio per ridurre i difetti nelle parti metalliche stampate in 3D
Un team di ricercatori dell’Università del Wisconsin-Madison, guidato dal professor Lianyi Chen, ha sviluppato un metodo innovativo per ridurre simultaneamente tre difetti comuni nella produzione additiva di parti metalliche con il processo Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Questo progresso promette di migliorare la qualità e l’efficienza della produzione, favorendo l’uso della LPBF in applicazioni critiche.
Sfide nella produzione con LPBF
Il processo LPBF, ampiamente utilizzato per la realizzazione di componenti complessi, è soggetto a tre difetti principali:
Pori: cavità interne che compromettono la resistenza meccanica.
Superfici ruvide: che influiscono sulla finitura e sulle prestazioni.
Spruzzi di materiale: che possono generare residui indesiderati e ridurre la precisione.
Questi problemi hanno limitato l’adozione della LPBF in settori che richiedono alta affidabilità, come l’aerospazio e la medicina.
Un approccio innovativo con un laser a forma di anello
Il team ha adottato una strategia basata su un raggio laser a forma di anello, fornito da nLight, che ha dimostrato di essere più stabile rispetto al tradizionale raggio laser gaussiano. Questa configurazione riduce le instabilità nel pool di fusione e consente:
Riduzione simultanea dei tre difetti principali.
Produzione di strati più spessi, aumentando la velocità di produzione senza sacrificare la qualità.
Lianyi Chen ha spiegato:
“In passato, le ricerche si concentravano su un singolo difetto, richiedendo ulteriori interventi per risolvere gli altri. Ora possiamo eliminare tutti i difetti principali in una sola volta, migliorando al contempo la velocità del processo.”
Esperimenti avanzati per comprendere il processo
Per analizzare il comportamento del pool di fusione, i ricercatori hanno condotto esperimenti “in-situ” ad alta risoluzione utilizzando raggi X di sincrotrone presso l’Advanced Photon Source dell’Argonne National Laboratory. Questi esperimenti, combinati con:
Analisi teoriche.
Simulazioni numeriche.
hanno permesso di comprendere le dinamiche del processo e ottimizzare le condizioni operative.
Risultati e implicazioni industriali
I risultati della ricerca, pubblicati sull’International Journal of Machine Tools and Manufacture, evidenziano:
Riduzione significativa dei difetti, migliorando la qualità e l’affidabilità dei componenti.
Incremento della velocità di produzione, grazie a strati più spessi.
Questi progressi rendono la LPBF più competitiva e accessibile per applicazioni industriali critiche.
Collaborazione interdisciplinare e supporto
Il progetto, finanziato dalla National Science Foundation e dalla Wisconsin Alumni Research Foundation, è frutto di una collaborazione interdisciplinare tra:
Lianyi Chen e il suo team.
Argonne National Laboratory.
Studenti laureati e ricercatori associati.
Chen ha concluso:
“Comprendendo meglio i meccanismi alla base, possiamo ottimizzare più rapidamente le condizioni di lavorazione, rendendo il processo più affidabile e produttivo.”
Conclusione
Questo innovativo approccio alla Laser Powder Bed Fusion rappresenta un passo avanti significativo per il settore della stampa 3D. Riducendo difetti e aumentando la produttività, la ricerca apre nuove opportunità per applicazioni nei settori aerospaziale, medico e automobilistico, consolidando ulteriormente il ruolo della produzione additiva nell’industria moderna.
