I ricercatori della North Carolina State University hanno stampato leghe di metallo amorfo (metallo metallico) a base di ferro che possono essere utilizzate per rendere più efficienti motori elettrici e altri dispositivi. I ricercatori hanno prodotto la lega di ferro su una scala 15 volte più grande del suo spessore di fusione critico.
I metalli amorfi, altrimenti noti come vetro metallico, sono materiali metallici solidi con una struttura disordinata a scala atomica. Sono non cristallini allo stato solido e hanno una buona conduttività elettrica, rendendoli utili per i trasformatori. Alcuni ricercatori hanno esaminato l’uso di metalli amorfi come un biomateriale per protesi corporee.
Il problema con la produzione di metalli amorfi è che è necessario un rapido raffreddamento per impedire la formazione di una struttura cristallina. Questo in genere ha limitato gli scienziati a produrre metalli amorfi solo in strati molto sottili.
Utilizzando la stampa 3D, tuttavia, i ricercatori della North Carolina State University potrebbero aver trovato un modo per produrre vetro metallico su una scala molto più ampia, eclissando lo spessore critico del getto dei materiali.
“L’idea di utilizzare la produzione additiva, o la stampa 3D, per produrre vetro metallico su scale più grandi dello spessore critico del getto è in circolazione da più di un decennio”, spiega Zaynab Mahbooba, un Ph.D. studente nel Dipartimento di Scienza e ingegneria dei materiali della North Carolina State University. “Ma questo è il primo lavoro pubblicato che dimostra che possiamo effettivamente farlo. Siamo stati in grado di produrre una lega di ferro amorfo su una scala 15 volte più grande del suo spessore di fusione critico. ”
Il processo di stampa 3D del vetro metallizzato funziona sciogliendo strati di polvere metallica da 20 micron, uno strato alla volta. A causa della sottigliezza degli strati, il metallo si raffredda rapidamente e mantiene le sue proprietà amorfe e non cristalline. Ma piuttosto che produrre una struttura visibilmente stratificata come fanno altre tecniche di stampa, il processo si traduce in un oggetto di vetro metallico uniforme.
“Questa è una dimostrazione del concetto che prova che possiamo farcela”, dice Ola Harrysson, Edward P. Fitts, professore illustre di sistemi industriali e ingegneria nello stato NC. “E non c’è ragione per cui questa tecnica non possa essere utilizzata per produrre alcuna lega amorfa.”
Harrysson aggiunge che “alcuni occhiali metallici hanno dimostrato un enorme potenziale di utilizzo nei motori elettrici, riducendo il calore di scarto e convertendo più energia dai campi elettromagnetici in elettricità”.
Mentre i ricercatori dovranno continuare con le loro ricerche su prove ed errori per trovare le composizioni di lega ideali per applicazioni specifiche, sono fiduciosi che il loro lavoro potrebbe aprire enormi opportunità nella creazione di materiali resistenti all’usura, ad alta resistenza materiali e leggere strutture stampate in 3D.
“Poiché stiamo parlando di produzione additiva, possiamo produrre questi occhiali metallici in una varietà di geometrie complesse, che possono anche contribuire alla loro utilità in varie applicazioni”, afferma Harrysson.
Un documento di ricerca che documenta i risultati, “La produzione additiva di un vetro metallico sfuso a base di ferro più grande dello spessore critico del getto” è stata pubblicata sulla rivista Applied Materials Today.
