I RICERCATORI UTILIZZANO LA STAMPA 3D PER SVILUPPARE UNA NUOVA LEGA DI TITANIO RESISTENTE, DUTTILE E LEGGERA
Un team di ricercatori guidato dalla City University di Hong Kong ha utilizzato la produzione additiva per progettare una nuova lega a base di titanio: una che è “super resistente, altamente duttile e super leggera”.
Quando pensiamo alla stampa 3D, tendiamo a pensare alla sua capacità di produrre geometrie complesse, ma il team di Hong Kong ha ribaltato la situazione, riproponendo invece la tecnologia per applicazioni di sviluppo dei materiali.
Il dottor Zhang Tianlong, primo autore dello studio, sostiene che dovremmo iniziare a considerare l’additivo come uno strumento multifunzionale: “Abbiamo svelato che ha un potenziale importante nella progettazione di materiali, piuttosto che semplicemente nella progettazione di geometrie”.
Gli scienziati ritengono che il loro lavoro potrebbe aprire la strada a un nuovo paradigma di sviluppo dei materiali, in base al quale la tecnologia di stampa 3D viene utilizzata per creare leghe con strutture e proprietà adatte per applicazioni industriali.
Una mancanza di uniformità nelle parti in lega metallica è solitamente una caratteristica indesiderabile, poiché può portare a proprietà come la fragilità. Questo è ancora uno dei problemi che stiamo cercando di superare nella produzione additiva, poiché i processi ad alta temperatura come la fusione del letto di polvere spesso comportano un rapido raffreddamento delle parti, che di per sé può portare a disomogeneità nei componenti metallici stampati in 3D.
Tuttavia, secondo i precedenti studi di modellazione e simulazione del dottor Zhang, un certo grado di disomogeneità può effettivamente essere vantaggioso per le proprietà di una parte in lega, poiché può produrre microstrutture uniche ed eterogenee. In quanto tale, il presente studio sfrutta effettivamente ciò che la maggior parte considera un difetto della stampa 3D: quando la vita ti dà limoni, giusto?
“Le caratteristiche uniche della produzione additiva ci offrono una maggiore libertà nella progettazione di microstrutture”, spiega Zhang. “In particolare, abbiamo sviluppato un metodo di omogeneizzazione parziale per produrre leghe con gradienti di concentrazione su scala micrometrica con l’aiuto della stampa 3D, che è irraggiungibile con qualsiasi metodo convenzionale di produzione di materiali”.
Il metodo del team di Hong Kong prevede la fusione di due leghe dissimili utilizzando il raggio laser focalizzato di una stampante 3D a fusione a letto di polvere. In questo caso, Ti64 è stato fuso e miscelato con acciaio inossidabile 316L. Controllando attentamente alcuni parametri di stampa come la potenza del laser e la velocità di scansione, gli scienziati hanno scoperto che potevano creare una composizione non uniforme in modo controllabile: una nuova lega.
“Oltre all’uso della produzione additiva, la composizione della miscela di due polveri è un’altra chiave per creare microstrutture simili a lava senza precedenti con un’elevata metastabilità nella nuova lega”, ha affermato il professor Liu Chain-Tsuan, autore principale dello studio. . “Queste microstrutture uniche danno origine alle proprietà meccaniche superiori, consentendo alla lega di essere molto resistente ma duttile e leggera”.
Forte, duttile e il 40% più leggero
Mentre la densità dell’acciaio inossidabile è di circa 7,9 g/cm³, la lega di nuova concezione è arrivata a soli 4,5 g/cm³, il che significa che il team ha ottenuto una riduzione di peso del 40%. Ciò non significa che la lega abbia perso la sua resistenza, tuttavia, poiché l’esperimento ha determinato che aveva un’elevata resistenza alla trazione di 1,3 GPa e un allungamento uniforme di circa il 9%. La lega presentava anche un’eccellente capacità di incrudimento di oltre 300 MPa, garantendo un ampio margine di sicurezza prima della frattura.
Secondo Liu, l’impressionante serie di proprietà qualificherebbe il materiale per un’ampia varietà di applicazioni strutturali in settori come quello aerospaziale, automobilistico ed energetico. Per quanto riguarda il lavoro futuro, il team intende applicare il metodo a diversi sistemi di leghe nel tentativo di esplorare lo sviluppo di nuove combinazioni di leghe uniche.
Ulteriori dettagli dello studio possono essere trovati nel documento intitolato “Progettazione in situ di una lega di titanio avanzata con modulazioni di concentrazione mediante produzione additiva” .
