MIT propone una lega di alluminio stampabile in 3D che punta a superare cricche a caldo e perdita di resistenza ad alta temperatura
Un gruppo del Massachusetts Institute of Technology, guidato da S. Mohadeseh Taheri-Mousavi (oggi Carnegie Mellon University) con John Hart (MIT), ha progettato un sistema di lega d’alluminio pensato fin dall’inizio per la stampa 3D a letto di polvere laser (LPBF). L’obiettivo: mantenere una microstruttura di precipitati fitti e stabili, così da innalzare la resistenza meccanica anche dopo trattamenti termici e in esercizio fino a 400 °C. Il progetto ha coinvolto anche Northwestern University e Università di Paderborn (Germania).
Come è stata progettata la lega
Il team ha accoppiato simulazioni computazionali e machine learning per passare da oltre un milione di combinazioni possibili a poche decine di “ricette” promettenti, poi verificate con LPBF. La stampa, grazie al rapidissimo raffreddamento, innesca fasi metastabili su scala sub-micrometrica che, durante l’invecchiamento termico, si trasformano in precipitati nanometrici di alluminio in alta frazione volumica. Questa architettura limita l’accrescimento (coarsening) e quindi la perdita di carico tipica di molte leghe Al ad alta temperatura.
Composizione e risultati tecnici
Dalle prove su polvere formulata ad hoc (Al con aggiunte mirate) la composizione più efficace comprende circa 0,4% Erbio, 1,0% Zirconio e 1,33% Nichel in peso. Campioni LPBF, privi di cricche a caldo, hanno raggiunto 395 MPa a trazione dopo 8 ore a 400 °C di trattamento, con durezze paragonabili all’Al 7075 lavorato, ma senza la stampabilità problematica di quest’ultimo. La stabilità dei precipitati fino a 400 °C suggerisce impieghi in componenti soggetti a carichi e calore, non solo in laboratorio.
Perché è rilevante per l’industria
Il gruppo indica applicazioni come palette di ventola di motori aeronautici, dove oggi dominano titanio e compositi: l’alluminio, se stampabile e resistente al calore, ridurrebbe massa e costo (il titanio è >50% più denso e fino a 10× più costoso). Lo stesso approccio è trasferibile a pompe da vuoto avanzate, automotive di fascia alta e dispositivi di raffreddamento per data center.
Contesto: come si posiziona rispetto ad altre strade sull’alluminio stampabile
Negli ultimi anni si sono viste due linee principali per “sbloccare” l’alluminio in AM:
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Inoculazione con nanoparticelle (es. HRL Laboratories con la 7A77): si funzionalizza la polvere per controllare la solidificazione e prevenire cricche su leghe 6xxx/7xxx “imprintabili”.
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Leghe progettate per AM e alta temperatura (es. DuAlumin-3D di ORNL): composizioni “HiFi” per componenti motore, testate su pistoni e parti soggette a calore.
Il lavoro MIT si inserisce nella seconda via ma enfatizza la co-progettazione lega-processo con ML, riducendo drasticamente il perimetro di esplorazione e puntando a precipitazione stabile dopo LPBF, nodo chiave per affidabilità e prestazioni.
Attori coinvolti
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Massachusetts Institute of Technology (MIT) – ideazione, coordinamento e test microstrutturali.
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Carnegie Mellon University – ottimizzazione e co-autoria scientifica.
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Northwestern University – contributi alla progettazione delle leghe.
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Università di Paderborn – stampa LPBF dei provini.
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Nello scenario più ampio del materiale: HRL Laboratories (7A77) e Oak Ridge National Laboratory (DuAlumin-3D).
