Metall-matrix compositi e PBF-LB/M: la tesi a Bayreuth che punta a stampare senza cricche componenti per pompe e valvole
Le applicazioni industriali più “dure” per i metalli—come pompe, valvole e coclee—mettono i materiali sotto stress combinati: temperature elevate, particelle abrasive e, in molti casi, fluidi corrosivi. Per questo si ricorre spesso a trattamenti e lavorazioni onerose (riporti duri, rivestimenti, cicli di fusione e finitura complessi) quando si vogliono superfici resistenti all’usura e alla corrosione.
La domanda di partenza: i MMC sono “stampabili” in modo affidabile con PBF-LB/M?
Una bachelor thesis svolta presso Neue Materials Bayreuth GmbH (NMB) ha affrontato un tema noto nel metal AM: i Metal Matrix Composites (MMC)—materiali in cui particelle di rinforzo sono disperse in una matrice metallica—promettono durezza e resistenza all’usura, ma possono diventare critici in stampa per problemi di distribuzione delle particelle, dinamica del bagno di fusione e soprattutto tensioni residue che innescano cricche o difetti interni.
Il caso studio: un pump housing complesso come banco di prova
L’obiettivo non era un provino semplice ma un corpo pompa con geometrie complesse, quindi più vicino a un pezzo “vero” (con vincoli di spessori, volumi interni e possibili canali integrati). Questo tipo di geometria è interessante per PBF-LB/M perché permette funzionalità difficili da ottenere con metodi tradizionali (ad esempio canali interni e forme ottimizzate).
Risultato dichiarato: parti in MMC stampate senza cricche e con basse tensioni residue
I componenti sono stati ottenuti senza cricche e con tensioni residue basse, con l’idea di arrivare a una produzione più vicina alla serie senza dover dipendere da lunghi cicli correttivi o lavorazioni aggiuntive. Il lavoro è stato premiato con l’Innovationspreis 2025 assegnato a Leon Meyer.
Chi è coinvolto: NMB e KSB SE & Co. KGaA
Il progetto è stato svolto presso Neue Materials Bayreuth GmbH (NMB), realtà di ricerca applicata bavarese focalizzata su sviluppo materiali e processi, e viene indicata una cooperazione con KSB SE & Co. KGaA (settore pompe e valvole). Questo legame è coerente con l’obiettivo: validare un materiale/processo su una geometria vicina alle esigenze dell’industria di processo.
Perché le cricche sono un tema centrale in PBF-LB/M
Nel PBF-LB/M la formazione di cricche è spesso collegata a gradienti termici elevati, vincoli meccanici durante la solidificazione e livelli di tensioni residue che, in leghe o microstrutture “sensibili”, possono portare a delaminazioni o cricche durante la costruzione. Le strategie tipiche includono ottimizzazione della scansione e dell’energia introdotta, uso di supporti adeguati, gestione del calore quando possibile, e interventi sul substrato o sul materiale.
MMC come leva “doppiamente interessante”: proprietà tribologiche e controllo del cracking
I MMC nascono per migliorare proprietà come resistenza all’usura e stabilità a caldo, quindi sono candidati per parti esposte ad abrasione o particolato. In alcuni filoni di ricerca, l’introduzione di particelle viene studiata anche per il suo impatto su microstruttura e meccanismi di criccatura, con l’obiettivo di ottenere campioni densi e senza cricche.
Dalla tesi al reparto produttivo: cosa serve per “industrializzare” un MMC in PBF-LB/M
Per passare da un risultato su una geometria dimostrativa a un uso sistematico, tipicamente servono: finestre di processo ripetibili, controlli su distribuzione e stabilità delle polveri (matrice + rinforzo), verifiche su difettosità (porosità/cricche), misure e mitigazione delle tensioni residue, e criteri di accettazione legati alla funzione del componente (usura, corrosione, fatica). In questo senso, un lavoro applicato con un partner industriale come KSB SE & Co. KGaA indica un percorso orientato a requisiti reali, non solo a metriche di laboratorio.
