Pitt è l’unica università negli Stati Uniti con questa gigantesca stampante 3D per metallo
Nascosto nel seminterrato della Pitt’s Benedum Hall, oltre le parti delle auto da corsa che si riversano nei corridoi, troverai una macchina gigante che sembra un incrocio tra un garage per auto e il porto d’ingresso di un’astronave fantascientifica. È una stampante 3D all’avanguardia per metallo: la prima Gefertec arc605 in qualsiasi università degli Stati Uniti
Per la produzione di parti metalliche grandi e specializzate, la macchina è imbattibile, ha affermato Albert To , William Kepler Whiteford Professor presso la Swanson School of Engineering ed esperto di stampa 3D.
“Anche nell’ordine di decine di parti, questo è molto vantaggioso”, ha detto. “E se vuoi includere un po’ di complessità, non puoi farlo in nessun altro modo oltre alla stampa 3D”.
La stampante utilizza saldatura, filo fuso a base di metalli come acciaio inossidabile, titanio e leghe di alluminio e lo deposita strato dopo strato. Le precedenti stampanti 3D in metallo in laboratorio che utilizzavano laser e polvere di metallo potevano deporre alcune centinaia di grammi all’ora; questo è un ordine di grandezza più veloce.
Ciò rende la stampante Gefertec ideale per la produzione di parti più grandi che normalmente dovrebbero essere fuse e lavorate, un approccio costoso che spesso non è pratico per la produzione di pezzi speciali in piccoli lotti. Uno dei primi progetti di To, ad esempio, è quello di realizzare un giunto a ponte lungo tre piedi per l’esercito degli Stati Uniti che non viene più prodotto.
Sebbene la tecnologia sia in circolazione da decenni, solo negli ultimi anni è diventata abbastanza affidabile da ottenere un’attenzione diffusa. “All’improvviso, c’è un interesse molto alto per l’industria”, anche per l’aerospaziale, l’energia nucleare e il petrolio e il gas, ha detto To.
Il software avanzato della macchina e le funzionalità a “cinque assi” in cui i pezzi possono essere ruotati e inclinati durante la stampa, consentono di utilizzarla per creare parti metalliche complesse. Ma ci sono ancora molti nodi da risolvere. Ad esempio, i metalli si deformano mentre si riscaldano e si raffreddano, un processo che To sta utilizzando la nuova stampante per studiare con i finanziamenti dell’esercito degli Stati Uniti e del Dipartimento dell’energia.
Xavier Jimenez, uno studente di dottorato presso la Swanson School of Engineering, si prepara a utilizzare la Gefertec arc605, una stampante 3D per metallo.
Jiminez e il suo consigliere Albert To, William Kepler Whiteford Professor presso la Swanson School of Engineering, posano davanti alla stampante Gefertec. Jiminez tiene in mano un pezzo di prova realizzato utilizzando la macchina per assicurarsi che funzioni correttamente.
Jimenez gestisce la stampante Gefertec utilizzando un terminale di computer integrato nella macchina.
Semplici “pareti” di acciaio inossidabile saldate su una superficie con la nuova stampante.
Uno dei primi oggetti realizzati da Jimenez utilizzando la stampante. La forma mostra la capacità della stampante di ruotare la lastra, disponendo i metalli con diverse angolazioni.
Una parte di prova del titanio stampato in 3D. Quando si stampa con il titanio, i ricercatori pompano gas argon nella stampante per garantire che il metallo non reagisca chimicamente con l’aria.
Jimenez mostra il filo che la stampante usa per costruire oggetti. Un vantaggio rispetto ad altre stampanti 3D è che la materia prima è lo stesso filo economico e facile da trovare utilizzato dai saldatori di tutto il mondo, piuttosto che polveri costose e specializzate.
La stampante Gefertec in azione. Il vetro verde protegge gli spettatori dalla luce intensa della saldatrice ad arco del dispositivo mentre deposita strati di una lega di alluminio.
Xavier Jimenez, uno studente di dottorato del terzo anno nel laboratorio di To, sta sviluppando un processo per la stampa 3D utilizzando un nuovo tipo di alluminio ad alta resistenza che ha potenziali applicazioni nel settore aerospaziale ma tende a rompersi quando saldato.
“Devi regolare tutti questi diversi parametri per capire cosa produrrà la saldatura della migliore qualità”, ha detto Jimenez. “Ogni materiale si comporta in modo leggermente diverso.”
Jimenez è venuto a Pitt in parte perché voleva lavorare con il Gefertec arc605, ma il COVID-19 ha lanciato una chiave inglese negli ingranaggi e la stampante ha impiegato tre anni per arrivare a Pitt. La macchina è più grande di alcuni monolocali e quando è arrivata è stata fatta cadere in laboratorio pezzo per pezzo tramite una gru e quindi assemblata. Quella non era l’unica sfida. “A causa di alcuni problemi di pianificazione, gli installatori con sede negli Stati Uniti non sono riusciti ad arrivare qui in tempo e hanno dovuto inviare installatori con sede in Germania che non parlavano inglese”, ha affermato Jimenez.
Con l’aiuto di un professore di lingua tedesca, il team è riuscito a completare l’installazione e ora sta testando i parametri per la stampa 3D di diversi metalli. Testando l’approccio per diversi metalli, quindi utilizzando i raggi X e testando le proprietà del materiale, possono iniziare a modellare come il processo influisce su una parte, dalla deformazione visibile alle modifiche alla struttura microscopica del materiale.
Inoltre, To sta collaborando con i colleghi per creare componenti intelligenti in cui i cavi in fibra ottica sono incorporati in parti metalliche stampate in 3D per rilevare la temperatura e la deformazione della parte.
“È stato molto lavoro mettere insieme tutti i pezzi per far funzionare la macchina”, ha detto Jimenez. “Siamo molto felici che sia qui.”
