Quando i componenti metallici escono dalla stampante 3D , spesso devono essere ampiamente rielaborati, specialmente in aree critiche per la sicurezza come l’aerospaziale. Al centro tecnologico di Brema ECOMAT , i ricercatori vogliono ora combinare il trattamento termico e la compattazione in un’unica fase del processo con una pressa isostatica a caldo (HIP, nota anche come “HIPpe”).
A 1.400 gradi Celsius, l’HIPPE raggiunge quasi il punto di fusione del ferro. E a 2.000 bar, un livello di pressione come se il peso di una BMW Serie 7 fosse appoggiato sulla punta di un dito. Tutto in una camera a pressione delle dimensioni di una cassetta degli attrezzi, il cuore della nuova HIPpe.
Pressa isostatica a caldo
Le presse isostatiche a caldo combinano calore e pressione per ottenere le proprietà di resistenza, densità o duttilità (formabilità) desiderate nei componenti. La formazione della pressione avviene tramite un gas (argon) che agisce uniformemente sul componente da tutti i lati, da qui il termine “isostatico”.
Il principio di base non è affatto nuovo. Gli esseri umani utilizzano la pressione e il calore da migliaia di anni, ad esempio per modificare la forza dei metalli. Il martellamento e il successivo spegnimento del ferro rovente nella fucina ne sono un vivido esempio. Le presse isostatiche a caldo perfezionano questo processo per le moderne applicazioni industriali. Sono utilizzati nei metalli, nella ceramica, nei materiali compositi o nella sinterizzazione (la produzione di pezzi in polvere) da oltre 50 anni. Possono essere utilizzati per impostare con precisione le proprietà desiderate del materiale, a seconda della pressione e della temperatura che generano.
Presse isostatiche a caldo nella produzione additiva
Una nuova area di applicazione per la stampa è la produzione additiva. Con la stampa 3D dei metalli, il processo provoca la formazione di pori sottili, che agiscono come punti di frattura indesiderati nel materiale .
Questi pori rappresentano un rischio per la sicurezza, soprattutto nella costruzione di aeromobili, poiché in questi punti possono formarsi crepe sotto sforzo. Se i componenti stampati in 3D devono prendere il volo, devono quindi essere ampiamente rielaborati. Attraverso l’interazione di pressione e calore, i pori possono essere chiusi con l’HIPpe.
“Con HIPpe possiamo rimuovere l’ultima porosità residua dai componenti e allo stesso tempo regolare con precisione le proprietà desiderate come resistenza o deformabilità”, spiega il dott. Anastasiya Tonjes. Capo del dipartimento dei materiali leggeri presso l’ Istituto Leibniz di Brema per le tecnologie orientate ai materiali – IWT . “Combinando calore e pressione, non solo possiamo chiudere i pori con l’HIPpe, ma anche adattare la struttura interna in modo che non sia necessario alcun successivo trattamento termico. Questo ha vantaggi sia economici che ecologici”.
Vantaggio della posizione ECOMAT per l’industria aerospaziale a Brema
Tönjes e il suo team stanno studiando il nuovo HIPpe, che si trova nel centro tecnologico di Brema ECOMAT. È particolarmente interessata alle leghe di titanio, ma anche alle leghe di alluminio, i metalli più comunemente usati nella stampa 3D per applicazioni aerospaziali. Il tuo obiettivo: vuoi migliorare i materiali per la costruzione leggera e ottimizzare i processi di produzione.
“Ci sono solo una manciata di questi dispositivi in Germania. Con il nuovo HIPpe nell’ECOMAT abbiamo un vero vantaggio in termini di localizzazione. Siamo quindi sempre felici quando le aziende si avvicinano a noi e vogliono lavorare con noi per esplorare le possibilità della tecnologia. Stiamo riscontrando anche un grande interesse a livello nazionale”, continua il capo dipartimento.
Per inciso, il Brema HIPpe ha imparato un altro trucco impressionante. La velocità di raffreddamento massima dal recipiente a pressione è di 3.000 Kelvin (o gradi Celsius) al minuto. Il calo della temperatura scoraggia rapidamente il metallo caldo, il che influisce sulle sue proprietà meccaniche. “Come cambia il componente in questo processo? E come possiamo usarlo per applicazioni industriali su larga scala? Questo è ciò che stiamo ricercando qui all’ECOMAT”, afferma Tönjes.
