Collaborazione Renishaw–Tekna: nuove polveri di titanio per una stampa 3D più produttiva e sicura
Renishaw, azienda britannica specializzata in sistemi di misura e produzione additiva in metallo, ha avviato una collaborazione con Tekna, produttore canadese di materiali avanzati, per sviluppare una nuova generazione di polveri di titanio destinate ai sistemi Laser Powder Bed Fusion (LPBF). L’obiettivo è aumentare la produttività e ridurre i costi complessivi, mantenendo gli standard di qualità richiesti dai settori aerospaziale, medicale e industriale.
Chi è Tekna e perché il suo processo di atomizzazione conta
Tekna ha sede a Sherbrooke, in Québec, ed è attiva dagli anni ’90 nella produzione di polveri metalliche ad alte prestazioni e sistemi al plasma per applicazioni avanzate. L’azienda è cresciuta nel tempo con impianti produttivi in Nord America ed Europa e una rete commerciale globale.
Il cuore tecnologico di Tekna è il processo di atomizzazione al plasma a radiofrequenza (RF). In questo schema, un filo di titanio viene alimentato in una torcia al plasma, fuso e trasformato in goccioline che, raffreddandosi, danno origine a particelle di polvere sferiche. Non essendoci elettrodi o getti di gas a contatto con il metallo liquido, il rischio di contaminazione è molto ridotto e si ottengono polveri con:
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elevata sfericità
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densità apparente e “tapped” elevate
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granulometria controllata
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basso contenuto di ossigeno
Queste caratteristiche sono fondamentali per assicurare un flusso regolare nel letto di polvere e per ottenere proprietà meccaniche ripetibili nelle parti stampate.
Perché puntare su una polvere di titanio “a taglio grosso”
Nella stampa 3D LPBF, le leghe di titanio come Ti-6Al-4V (Ti64) sono normalmente fornite con una distribuzione granulometrica fine, tipicamente nella fascia 15–45 µm. Queste polveri consentono la realizzazione di strati sottili (30–60 µm), favorendo dettagli fini e buone finiture superficiali, ma presentano alcuni limiti:
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costi di produzione elevati, perché la finestra granulometrica stretta richiede passaggi di setacciatura e scarto di una quota significativa di materiale
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maggiore rischio di infiammabilità e di dispersione in aria, proprio a causa delle dimensioni ridotte delle particelle
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classificazione come merci pericolose, con impatti su logistica, stoccaggio e gestione della sicurezza
La collaborazione Renishaw–Tekna parte da una domanda precisa: quanto si può aumentare la dimensione delle particelle, e quindi lo spessore degli strati, senza compromettere sicurezza, qualità delle parti e stabilità di processo?
Tekna ha quindi sviluppato una variante “large-cut” di Ti64, cioè una polvere con distribuzione granulometrica spostata verso particelle più grandi, ottimizzata espressamente per LPBF. Renishaw ha contribuito alla fase di qualificazione con test su parametri laser, densità dei provini, reologia e prestazioni su sistemi commerciali.
Contesto: Ti-6Al-4V e piattaforme Renishaw RenAM 500
Ti-6Al-4V (in particolare il grado 23) è la lega di titanio più diffusa nella produzione additiva per applicazioni strutturali leggere. Combina:
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elevato rapporto resistenza/peso
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ottima resistenza alla corrosione
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buona biocompatibilità
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tenacità e duttilità adeguate per applicazioni chirurgiche e implantari
Negli ultimi anni Renishaw ha lavorato sull’aumento dello spessore di strato per vari materiali nel portafoglio delle stampanti RenAM 500 (versioni Q, S, Flex, Ultra), introducendo ad esempio parametri per titanio grado 23 con layer da 90 µm, acciaio 316L a 70 µm e Inconel 718 a 120 µm, proprio per innalzare le velocità di costruzione.
La nuova polvere “coarse-cut” sviluppata con Tekna si inserisce in questa strategia: più spessore di strato, meno passate, più pezzi prodotti per ora di macchina, senza sacrificare l’integrità delle parti.
Come cambia il processo LPBF con polvere più grossolana
L’utilizzo di polveri a taglio grosso consente di lavorare con layer intorno ai 90 µm, in confronto ai 30–60 µm tipici delle configurazioni Ti64 più diffuse. Questo comporta:
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riduzione del numero di strati necessari per costruire un componente di altezza data
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potenziale riduzione sensibile dei tempi ciclo, soprattutto per parti di grande altezza
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minori passaggi di setacciatura fine e migliore resa dell’atomizzazione, poiché una parte maggiore della distribuzione granulometrica rientra nella finestra utile
Grazie all’atomizzazione al plasma RF, Tekna è in grado di mantenere:
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buona sfericità delle particelle
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assenza di porosità interna significativa
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distribuzione granulometrica controllata, con cut specifici per diverse applicazioni
Renishaw ha poi eseguito la parte critica: validare la polvere sui propri sistemi LPBF, mappando combinazioni di potenza laser, velocità di scansione, hatching e spessore di strato per garantire densità elevata, assenza di difetti interni critici e ripetibilità su lotti multipli.
Impatto su costi, sicurezza e logistica
Uno dei punti di forza delle polveri più grossolane è la possibilità, in alcune condizioni, di uscire da categorie di rischio più stringenti associate alle polveri metalliche molto fini. Le polveri estremamente fini sono più reattive, possono incendiarsi con facilità e richiedono contenitori, sistemi di ventilazione e procedure specifiche per il trasporto e lo stoccaggio.
Polveri meno polverulente e con granulometrie maggiori riducono:
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il rischio di sospensione di particelle nell’aria e di innesco per scintilla
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il carico di sistemi di estrazione e filtrazione
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i costi e la complessità delle misure antincendio e antiesplosione in magazzino e in produzione
Dal lato economico, l’adozione di polveri a taglio grosso permette:
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migliore resa dell’atomizzazione, con meno materiale scartato per fuori specifica di granulometria
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minori costi di setacciatura, poiché la distribuzione di partenza è già orientata verso le dimensioni utili per LPBF
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semplificazione della catena logistica, con vincoli meno stringenti rispetto alle polveri più fini
In sintesi, l’industria punta a un costo per pezzo inferiore non solo grazie al tempo macchina ridotto, ma anche all’ottimizzazione del ciclo completo polvere–trasporto–stoccaggio–riutilizzo.
Applicazioni mirate: dal motorsport all’aerospazio
La nuova polvere Ti64 coarse-cut è pensata per settori che richiedono elevata resistenza meccanica e peso contenuto, come:
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motorsport e automotive ad alte prestazioni, dove bracci sospensione, supporti e staffe strutturali possono beneficiare di cicli di produzione più rapidi senza sacrificare le prestazioni
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aerospazio e difesa, ambiti in cui il titanio è già standard per staffe, elementi di fissaggio e componenti strutturali secondari
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industria generale, per attrezzaggi leggeri, dispositivi di presa e componenti soggetti a carichi dinamici
Le stampanti RenAM 500 con architettura aperta consentono di adattare spessore di strato e parametri laser alle esigenze specifiche del pezzo, offrendo agli utenti la possibilità di bilanciare produttività, finitura superficiale e precisione geometrica in base all’applicazione.
Un tassello in un trend più ampio sulle polveri di titanio
La collaborazione tra Renishaw e Tekna si inserisce in un trend più ampio che riguarda le polveri di titanio per AM:
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produttori di materiali e sistemi stanno introducendo polveri di titanio ottimizzate per riutilizzo, riciclo e spessori di strato elevati, per ridurre il costo del materiale e il costo per parte
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altri attori esplorano processi alternativi di produzione delle polveri, spesso partendo da rottami o flussi di scarto, con l’obiettivo di migliorare la sostenibilità e la tracciabilità della catena di fornitura
In questo contesto, la proposta Tekna–Renishaw mira a dimostrare che l’aumento della granulometria, se gestito correttamente, non è un compromesso al ribasso, ma una leva per rendere il titanio più accessibile alla produzione in serie con LPBF.
