Nuovo strumento per regolare la microstruttura degli superleghe in LPBF
Un gruppo di ricerca ha elaborato uno strumento capace di intervenire sulla struttura del materiale in fase di stampa selettiva a letto di polvere laser (LPBF), in particolare per leghe superalloy a base di nichel. Prendendo il controllo di variabili come potenza del laser, sovrapposizione delle tracce di fusione e direzione dello scorrimento, i ricercatori riescono a modificare forma, dimensioni e orientamento dei grani metallici durante la costruzione.
Secondo gli studiosi del Sustainable Metallurgy Group dell’IMDEA Materials Institute, la sovrapposizione del fondente—ovvero l’area in cui le tracce di fusione si incontrano—emerge come un parametro semplice da misurare e utile per progettare la microstruttura nei componenti realizzati in Inconel 939. Regolando il grado di sovrapposizione tra le più dello 0,6 e sotto questo valore, si ottiene rispettivamente una struttura anisotrofa colonnare o una grana più uniforme e fine.
Questo approccio si basa su un modello analitico riformulato (derivato dall’equazione di Rosenthal) che, insieme a risultati sperimentali, offre un metodo predittivo efficace e compatibile con strategie di scansione ad alta produttività utilizzate nell’industria. L’impostazione prevede spessori di strato elevati, velocità di scansione rapide e pattern a trama regolare con rotazione tra gli strati.
Approfondimenti sul contesto tecnico
Nel panorama accademico e industriale, si moltiplicano i tentativi di governare la microstruttura direttamente nel processo LPBF, senza ricorrere a deformazioni post-stampa o trattamenti termici complessi.
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Alcuni ricercatori stanno ideando tecniche per “programmare” la stabilità termica delle leghe (come accade nell’acciaio inossidabile SS316L), riuscendo così a influenzare l’evoluzione microstrutturale senza provocare trasformazioni meccaniche successive.
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Altri studi riguardano il controllo della composizione e della qualità dei componenti stampati agendo su variabili come potenza, velocità e spessore degli strati: ciò aiuta a mantenere integrità chimica e densità desiderata nei manufatti di leghe a base di nichel.
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Una ricerca orientata all’industria russa ha evidenziato l’importanza dei parametri LPBF in leghe analoghe all’IN718 (come la VZh159): grazie a un’analisi fattoriale, è stato possibile identificare condizioni operative ottimali che garantiscono elevate resistenze meccaniche senza compromettere la microstruttura.
Queste iniziative testimoniano la crescente attenzione al controllo in-process della microstruttura nei materiali critici, con vantaggi che spaziano dall’accuratezza geometrica alla ripetibilità delle prestazioni meccaniche.
