Neutroni per migliorare la stampa 3D dell’alluminio in aerospazio
Sintesi del progetto e partner
Un’iniziativa di ricerca in Germania, denominata AlaAF (Aluminium aus Additiver Fertigung), punta a produrre leghe di alluminio ad alta resistenza e senza cricche per applicazioni aerospaziali, combinando un nuovo concetto di polvere con indagini ai neutroni. Il consorzio coinvolge Technische Universität München (TUM), Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) e l’industria (Colibrium Additive, società di GE Aerospace). Le attività sperimentali si svolgono alla sorgente di neutroni FRM II (Garching, Monaco) e al reattore di ricerca di Řež vicino a Praga.
Perché l’alluminio LPBF “si spacca” e come si può evitare
Nel PBF-LB/M (LPBF) le leghe Al ad alte prestazioni sono soggette a hot cracking, micro-segregazione e porosità; la strada più promettente è progettare leghe e polveri ad hoc (inclusa l’aggiunta di inoculanti/particelle ceramiche sub-micrometriche) per affinare la microstruttura e ridurre le tensioni residue. La letteratura recente documenta approcci computazionali e termodinamici per leghe Al-Cu/2xxx/7xxx stampabili senza cricche e con proprietà meccaniche elevate.
Cosa aggiunge l’analisi ai neutroni
I neutroni penetrano in profondità nei metalli e permettono diffrazione, radiografia e tomografia anche in operando (con carico o a temperatura), monitorando fasi, tensioni interne e formazione di precipitati durante e dopo la stampa e i trattamenti. La sorgente FRM II opera a 20 MW e fornisce >10¹⁴ n/cm²·s, con 26 strumenti dedicati (linee come NECTAR/ANTARES per imaging). Questi numeri e strumenti consentono misure non distruttive su componenti reali, accelerando l’ottimizzazione di parametri, polveri e trattamenti termici.
Dove si fanno le prove: Garching e Řež
Oltre a FRM II, il reattore LVR-15 del Research Centre Řež (Cechia) offre radiografia neutronica e canali termici per esperimenti su materiali. La combinazione dei due siti amplia il ventaglio di energie neutroniche e strumentazione disponibile per validare leghe e processi.
Ruolo di Colibrium Additive
Colibrium Additive mette a disposizione piattaforme L-PBF industriali (M2 Series 5, schede materiali come AlSi10Mg conformi ASTM F3318) e know-how di processo; il trasferimento industriale è parte integrante del progetto, con target di qualità ripetibile per requisiti aerospaziali.
Contesto TUM/FAU e iniziative correlate
Il lavoro si inserisce nella strategia TUM.Additive e nel quadro di programmi tedeschi di trasferimento tecnologico (ErUM-Transfer del BMBF). In parallelo, TUM ha guidato progetti UE per rendere la PBF-LB/M più efficiente e scalabile (InShaPe) e utilizza i neutroni FRM II anche per materiali avanzati (es. HTS4Fusion).
Implicazioni per l’aerospazio
Leghe Al stampabili senza cricche e con resistenza specifica elevata abilitano geometrie leggere, riduzione dei giunti e raffreddamenti integrati; convalidare al neutrone microstruttura e tensioni post-processo è un passaggio chiave verso qualifica e certificazione. Le attività AlaAF mirano proprio a questa catena, dal design di polvere alla dimostrazione su macchina industriale.
