MaterialiMetalli

Dall’acciaio al vetro metallico, tutti i metalli stampabili in 3D oggi disponibili

0 Condivisioni

Conosci tutti i metalli stampabili in 3D che esistono oggi? Abbiamo contato la maggior parte dei prodotti disponibili per la stampa 3D in metallo (oltre 200 prodotti diversi) nel nostro ultimo rapporto di mercato su Metal AM Market Opportunities and Trends 2021. Con i dati raccolti, siamo stati in grado di fornire un’analisi dei ricavi e della domanda, insieme a una previsione a dieci anni di tutta la domanda di materiali AM metallici fino al 2030.

Il ferro e gli acciai sono stati i primi e sono ancora i più utilizzati, con materiali di fascia alta come titanio, Inconel e cobalto-cromo che in seguito si sono rivelati ideali per AM. Ora, le nuove frontiere sono impegnative (per la stampa 3D o la sinterizzazione) ma materiali ampiamente utilizzati come alluminio e rame, nonché metalli marginali come il metallo refrattario, i metalli preziosi e i metalli amorfi.

Ecco un riepilogo dei diversi metalli e leghe metalliche stampabili in 3D che abbiamo considerato nel nostro studio, che rappresentano quasi la totalità dei metalli e delle leghe metalliche che possono essere stampati in 3D oggi

Dall'acciaio al vetro metallico, questi sono tutti i metalli stampabili in 3D oggi disponibili.  Il mondo dei materiali AM in metallo continua ad espandersi

Leghe a base di ferro

Gli acciai sono stati i primi metalli stampabili in 3D utilizzati per la produzione additiva e oggi un numero elevato e in rapida crescita di acciai diversi può essere lavorato da AM. I diversi componenti e fasi della microstruttura della matrice (austenite, ferrite, martensite) e le varie fasi di precipitazione (precipitati intermetallici, carburi) conferiscono a questa classe di leghe un’enorme variabilità nella microstruttura e nelle proprietà.

Ciò include acciai inossidabili austenitici, duplex, martensitici e indurenti per precipitazione, acciai TRIP/TWIP, acciai per utensili Maraging e contenenti carbonio e acciai ODS. Gli acciai più comuni utilizzati nei vari processi AM sono l’acciaio inossidabile austenitico 316L e 304; Acciaio inossidabile temprato per precipitazione martensitico 17-4PH e 15-5PH; e acciaio Maraging 18Ni300 (1.2709) e acciaio per utensili H13.

L’ultima frontiera dell’acciaio è rappresentata dallo sfruttamento delle proprietà anticorrosione di alcune leghe: ad esempio con gli acciai super duplex di Sandvik, e con un nuovo allow ad alta entropia di Oerlikon.

Acciai inossidabili

Gli acciai inossidabili austenitici più comuni utilizzati per i processi AM a base di polvere sono l’acciaio inossidabile 316L (1.4404) e l’acciaio inossidabile 304/304L come possibile alternativa. Entrambi sono disponibili per i processi L-PBF, L-DED e binder jetting. In questi acciai, l’alto contenuto di cromo porta ad una buona resistenza alla corrosione, mentre le aggiunte di nichel mantengono la microstruttura delle leghe completamente austenitica nei materiali prodotti convenzionalmente.

L’acciaio indurito per precipitazione (PH) più comune in uso oggi nell’AM a base di polvere è il 17-4 PH, utilizzato nei processi di getto di L-PBF, L-DED e legante. Insieme al 15-5 PH, utilizzato in L-PBF, questi acciai sono considerati gradi completamente martensitici. Anche in questa categoria c’è il prodotto CX in acciaio inossidabile proprietario di EOS. La maggior parte dei processi metallici legati e dei materiali dei filamenti supportano sia 316L che 17-4PH e acciaio inossidabile. 316L è anche in fase di sviluppo per la tecnologia delle polveri soffiate a freddo (consolidamento cinetico).

Dall'acciaio al vetro metallico, questi sono tutti i metalli stampabili in 3D oggi disponibili.  Il mondo dei materiali AM in metallo continua ad espandersi

Maraging/acciai per utensili

Ci sono due tipi di acciai per utensili in uso in AM, vale a dire gli acciai Maraging privi di carbonio e gli acciai per utensili contenenti carbonio. In entrambi i tipi di acciaio per utensili, la microstruttura finale è costituita da martensite con precipitati. Gli acciai per utensili sono acciai al carbonio e legati di alta qualità comunemente usati per realizzare frese, alesatori e punte utilizzati per la lavorazione. Gli esempi più importanti di acciai per utensili contenenti carbonio utilizzati in L-PBF AM sono gli acciai rapidi M2 (1.3343), disponibili anche per il getto di leganti metallici da ExOne. Gli acciai per lavorazioni a freddo A2 e gli acciai per utensili per lavorazioni a caldo H13 (1.2344) sono utilizzati anche in L-PBF, binder jetting e alcuni sistemi di metalli legati. Alcuni processi e materiali di metalli legati supportano anche gli acciai D2.

La lega di acciaio Maraging più utilizzata in L-PBF AM è 18Ni300 (1.2709). Nel complesso, le proprietà meccaniche dell’acciaio Maraging prodotto in AM sono paragonabili al materiale prodotto convenzionalmente.

Titanio e leghe di titanio

Il titanio e le leghe di titanio sono emerse per diversi motivi come materiali ideali per molti processi e applicazioni di produzione additiva. Innanzitutto, AM utilizza meno materiale totale rispetto ad altri processi, rendendo più conveniente l’implementazione in una serie di applicazioni. Ciò è particolarmente vero in segmenti come quello aerospaziale, medico (impianti ortopedici) e automobilistico o motoristico di lusso, nonché per le attrezzature sportive professionali, dove l’alto costo finale del pezzo giustifica ampiamente l’uso di materiale più costoso per ottenere vantaggi in termini di di alleggerimento, maggiore resistenza e durata.

Dall'acciaio al vetro metallico, questi sono tutti i metalli stampabili in 3D oggi disponibili.  Il mondo dei materiali AM in metallo continua ad espandersi
Una barra di titanio

Le leghe di titanio sono biocompatibili e resistenti alla corrosione, il che le rende un biomateriale inerte che può essere impiantato nel corpo umano. Il titanio commercialmente puro e le sue leghe più comuni sono comunemente usati nella produzione additiva per impianti ortopedici. Oggi, la lega di titanio più comunemente usata in AM degli impianti ortopedici è Ti6Al4V (Ti64), ma il CPT ha una resistenza alla corrosione e una biocompatibilità superiori ed è considerato il metallo più compatibile con il corpo umano.

La maggior parte dei principali processi AM, sia a polvere che a base di filo, supportano le leghe di titanio come materiali di consumo standard. Il titanio è disponibile anche sotto forma di filamenti metallici legati per processi di stampa di metalli legati (ad esempio da The Virtual Foundry); tuttavia, questo materiale non è affatto comune tra le piattaforme di stampa in metallo rilegato più utilizzate oggi. AP&C, di proprietà di GE Additive/Arcam, uno dei principali produttori di polveri metalliche atomizzate al plasma per AM, ha sviluppato l’alluminuro di titanio (Ti48Al2Cr2Nb o Ti4822) specificamente per la produzione di componenti aerospaziali tramite la tecnologia EBM.

Leghe di alluminio

L’alluminio e le leghe di alluminio sono considerati i materiali più interessanti per la fase successiva della crescita dell’AM in applicazioni di produzione in serie e in grandi lotti. Ciò è dovuto principalmente alle eccellenti proprietà meccaniche dell’alluminio e al prezzo basso rispetto a metalli stampabili in 3D altrettanto leggeri come il titanio. Tuttavia, questa visione, mentre è in corso, è ancora lontana dalla realizzazione a causa di diverse sfide intrinseche nella produzione e nella lavorazione dell’alluminio mediante processi AM.

Una delle principali sfide è che quasi tutte le leghe di alluminio utilizzate oggi in AM sono state originariamente sviluppate per applicazioni di fusione. Infatti, la lega di alluminio più comune utilizzata in AM è di gran lunga AlSi10Mg, una lega di alluminio indurente per invecchiamento con buona durezza, resistenza e tenacità dinamica, che viene tradizionalmente utilizzata come lega da colata. Un’altra popolare lega di alluminio per AM inizialmente sviluppata per la fusione è l’A20X.

Dall'acciaio al vetro metallico, questi sono tutti i metalli stampabili in 3D oggi disponibili.  Il mondo dei materiali AM in metallo continua ad espandersi
Una lattina di alluminio

Solo di recente sono apparse sul mercato le prime leghe di alluminio specifiche per AM. Il primo è stato Scalmalloy, sviluppato e commercializzato dagli specialisti aerospaziali APWORKS. RUSAL, uno dei più grandi produttori di alluminio al mondo, ha lanciato la serie ALLOW di prodotti in alluminio per AM che comprende sia leghe per colata che diverse leghe sviluppate specificamente per i processi AM. Tra questi ci sono l’RS-230 AlCu (una lega della serie 2xxx resistente alla cricca a caldo) e le leghe RS-390 AlSiNi, adatte per applicazioni fino a 250 °C; e le leghe RS 507 AlMg e RS-553 AlMgSc, che sono materiali resistenti alla corrosione e ad alta resistenza commercializzati a un prezzo significativamente inferiore rispetto a Scalmalloy.

L’alluminio è difficile da sinterizzare in un forno poiché lo strato di ossido che circonda le particelle può essere rimosso solo a temperature estremamente elevate, mentre l’alluminio ha un punto di fusione relativamente basso, che limita la temperatura massima di sinterizzazione. È quindi molto difficile rimuovere lo strato di ossido sulla polvere di alluminio prima che l’intero pezzo di metallo si sia fuso. Le soluzioni a questo problema sono state esplorate per diversi anni, ma la commercializzazione dell’alluminio come materiale per il getto di leganti è rimasta irraggiungibile fino a quando, all’inizio del 2021, entrambe le società di getto di leganti metallici Desktop Metal ed ExOne hanno raggiunto importanti scoperte nella sinterizzazione dell’alluminio 6061 per le parti prodotto dalla tecnologia del getto di legante.

Le leghe di alluminio potrebbero anche rivelarsi materiali preziosi e molto convenienti per i processi WAAM ad alto rendimento. L’uso di varie leghe di alluminio in WAAM è attualmente un campo di ricerca attivamente. Il portafoglio di materiali AM di voestalpine Böhler include un filo di alluminio non specificato per WAAM.

Superleghe di nichel

Le leghe di nichel e in particolare alcune superleghe proprietarie, come Inconel, Hastelloy e Waspaloy, rappresentano una delle aree commercialmente più interessanti e ad alta crescita di sviluppo di materiali per la produzione additiva a breve e medio termine. Le superleghe di nichel sono particolarmente attraenti per l’uso nel segmento della generazione di energia/oil & gas.

Inconel e Incoloy sono marchi registrati di Special Metals Corporation. Inconel si riferisce a una famiglia di superleghe austenitiche a base di nichel-cromo ed è la famiglia più comune di superleghe di nichel utilizzata nei processi AM. Le leghe Inconel sono resistenti all’ossidazione e alla corrosione e sono adatte per il servizio in ambienti estremi.

Dall'acciaio al vetro metallico, questi sono tutti i metalli stampabili in 3D oggi disponibili.  Il mondo dei materiali AM in metallo continua ad espandersi

Oggi Inconel 625 e 718 sono ampiamente utilizzati in tutti i principali processi AM a base di polvere e particolarmente diffusi nei processi PBF. Inconel 718 è disponibile anche da AP&C come materiale per Arcam EBM e da ExOne come materiale qualificato per la sua tecnologia a binder jetting. Inconel 625 è disponibile per tutti i comuni fissaggi in metallo rilegato. Sia Inconel 625 che 718 sono disponibili come materiali standard per tutti i processi DED (L-DED, EBAM e WAAM). Una nuova superlega di Inconel, Inconel 939, è stata recentemente rilasciata da EOS. È una lega di nichel-cromo che è stata rinforzata per aumentare la saldabilità, rendendola adatta per AM.

Hastelloy (fresato da Haynes International) è un’altra lega di Inconel che sta guadagnando popolarità nella produzione additiva di L-PBF. È una lega di nichel-molibdeno utilizzata in ambienti fortemente corrosivi. Waspaloy è un marchio registrato di United Technologies Corporation che si riferisce a una superlega austenitica a base di nichel indurente per invecchiamento. Questo materiale è stato recentemente qualificato per l’uso nei processi L-PBF da Rosswag Engineering.

Un altro materiale emergente è il Nitinol, una superlega di nichel-titanio. Offerto da GKN Powder Metals, il Nitinol (NiTi) è ampiamente utilizzato nei dispositivi medici. Carpenter Technologies (attraverso l’acquisizione di LPW) sta lavorando all’ottimizzazione del Nitinol per la produzione additiva, sviluppando parametri per il controllo della memoria di forma e delle proprietà elastiche di questa superlega.

Leghe di cobalto-cromo

Dall'acciaio al vetro metallico, questi sono tutti i metalli stampabili in 3D oggi disponibili.  Il mondo dei materiali AM in metallo continua ad espandersi
Il cromo cobalto è stato ampiamente utilizzato nell’industria dentale, anche prima
della stampa 3D

Le leghe a base di cobalto sono spesso trascurate come materiale chiave per la produzione additiva. Tuttavia, il loro uso in settori come l’ortopedia, l’aerospaziale, la produzione di energia e il campo dentale è significativo.

Utilizzato con tutte le principali tecnologie AM e supportato da quasi tutte le principali piattaforme PBF, ASTM F75 CoCr è una lega di cobalto-cromo non magnetica realizzata per buone prestazioni ad alte temperature, resistenza, resistenza alla corrosione, biocompatibilità con resistenza all’usura.

Prodotte e sviluppate come polveri AM per PBF da Kennametal, le leghe di stellite a base di cobalto sono alcune delle leghe di cobalto più conosciute al mondo.

Rame e leghe di rame

Il rame è uno dei materiali più interessanti per AM oggi, sebbene l’uso di rame e leghe di rame in AM fosse quasi inesistente solo pochi anni fa. Si pensava che l’uso del rame puro nel PBF fosse impossibile a causa dell’elevata riflettività e della conduttività termica a infrarossi del materiale, che rendeva troppo difficile assorbire energia sufficiente per un processo di fusione laser selettiva efficiente. I primi sviluppatori di materiali AM in rame come GKN hanno gradualmente introdotto leghe di rame per L-PBF, ma non erano efficienti quanto il rame puro in termini di conduttività.

Nel 2017, l’Istituto Fraunhofer per la tecnologia laser ILT di Aquisgrana, in Germania, ha presentato un metodo L-PBF che utilizzava una luce laser verde con una lunghezza d’onda di 515 nm che determinava un assorbimento molto più elevato del rame puro. Ciò significava che era necessaria una potenza laser inferiore per un processo stabile. Inoltre, il raggio laser potrebbe essere focalizzato in modo più preciso, consentendo di sfruttare appieno i vantaggi geometrici del processo AM.

Oggi, la maggior parte delle principali piattaforme L-PBF supporta il rame come materiale standard. Nel 2019 Arcam ha introdotto il rame puro come materiale in fase di sviluppo per i suoi sistemi EBM, che sono intrinsecamente adatti al materiale. Secondo GE Additive, il rame puro può assorbire l’80% dell’energia di un raggio di elettroni, assorbe solo il 2% dell’energia di un raggio laser rosso, il che porta a una maggiore produttività.

Tutti i processi commerciali basati su leganti supportano anche la stampa 3D in rame puro, con Digital Metal l’ultima a convalidare questo materiale per i suoi sistemi di getto di legante. Il leader del getto di legante ExOne e i leader del segmento dei metalli rilegati Markforged e Desktop Metal supportano tutti il ​​rame puro.

Metalli refrattari

I metalli refrattari sono una classe di metalli straordinariamente resistenti al calore e all’usura. Includono niobio, molibdeno, tantalio, tungsteno e renio, che condividono alcune proprietà, tra cui un punto di fusione superiore a 2.000 °C e un alto livello di durezza a temperatura ambiente. Sono chimicamente inerti e hanno una densità relativamente alta. I loro alti punti di fusione rendono la metallurgia delle polveri il metodo di scelta per la fabbricazione di componenti da questi metalli e l’emergere di AM è visto come un vero cambiamento di paradigma in termini di sviluppo di parti metalliche refrattarie complesse senza i limiti di MIM. Tuttavia, il loro punto di fusione molto alto rende anche questi materiali difficili da stampare in 3D.

Tungsteno

L’uso commerciale di metalli refrattari in AM, quasi esclusivamente in L-PBF e alcuni processi DED, è cresciuto significativamente negli ultimi cinque anni, con alcune aziende di materiali AM come ATI, Taniobis, HC Starck, Heraeus, Dunlee, Global Advanced Metals e Global Tungsten & Powders (GTP) concentrandosi su tutti o alcuni metalli stampabili 3D refrattari. Anche EOS ora offre EOS Tungsten W1, una lega di tungsteno puro, come materiale standard per i suoi sistemi.

Molibdeno

Uno dei metalli stampabili 3D refrattari più apprezzati è il molibdeno, che viene utilizzato in L-PBF. La polvere di molibdeno sferico è disponibile per L-PBF principalmente da aziende come Tekna, HC Starck, Global Tungsten & Powders (GTP) e Heraeus. Anche il getto di legante metallico di molibdeno è stato qualificato a livello di ricerca e sviluppo da ExOne. Inoltre, ExOne e Global Tungsten & Powders (GTP) hanno avviato una collaborazione nel 2019 per qualificare la stampa 3D in metallo a base di tungsteno utilizzando il binder jetting.

Tantalio

Il tantalio ha il potenziale per l’uso nell’industria degli impianti ortopedici per la sua citocompatibilità e biocompatibilità superiori rispetto al Ti-64. I fornitori di polvere di tantalio AM includono Taniobis, Metaly, Tekna, Pyrogenesis e LPW (ora parte di Carpenter Technology).

Niobio

La produzione additiva al niobio mostra il potenziale per applicazioni esotiche nello spazio, nell’energia e nella ricerca, con AM un metodo di produzione ricercato in questi segmenti di applicazione grazie alla sua maggiore libertà geometrica nella progettazione delle parti. Taniobis ed Heraeus hanno prodotto abilmente polveri AM al niobio utilizzando varie forme di tecnologia di atomizzazione del gas, mentre ATI Specialty Materials ha sviluppato un ugello per motori a razzo al niobio proof-of-concept.

La tecnologia DED basata su filo EBAM di Sciaky supporta anche tantalio, niobio e tungsteno.

L’esplorazione di altri metalli stampabili 3D refrattari è in corso e si concentra principalmente su vanadio e renio (principalmente come elemento di lega per metalli preziosi).

Metalli preziosi

Esistono diversi metalli preziosi che possono essere utilizzati per AM. L-PBF e alcuni sistemi di stampa in metallo rilegato possono elaborare l’argento e L-PBF può anche elaborare l’oro (rosa, rosso, bianco, giallo, ecc.), Il platino e il palladio. L’argento può essere trovato negli inchiostri a nanoparticelle per l’elettronica stampata in 3D, il palladio è utilizzato nelle applicazioni industriali, mentre altri metalli preziosi sono utilizzati principalmente per i gioielli. I metalli preziosi meno comuni per AM includono rodio e iridio.

Ci sono cinque fornitori primari di polvere di metalli preziosi o fornitori di servizi che si occupano dell’industria della produzione additiva oggi. Cooksongold, con sede nel Regno Unito, può essere considerato il leader in questo segmento, avendo co-sviluppato un sistema L-PBF in metallo prezioso, il Precious M 080, con EOS. Cooksongold offre servizi di produzione di metalli preziosi e una selezione di materiali che include oro giallo, rosa e bianco 18 carati; oro giallo 14 carati; Argento sterling 925 e platino/rutenio 950. L’italiana Legor ha anche sviluppato una linea specifica per AM di polveri metalliche AM chiamata POWMET che include le stesse leghe con l’aggiunta di oro 24K e altre polveri meno preziose come bronzo, ottone e rame. Altri leader del segmento dei metalli preziosi come Progold3D e Heraeus sono specializzati nell’offerta di servizi di produzione AM di metalli preziosi end-to-end.

Metalli amorfi

Un metallo amorfo è un materiale metallico solido, solitamente una lega, con una struttura su scala atomica disordinata. La maggior parte dei metalli sono cristallini allo stato solido, il che significa che hanno una disposizione degli atomi altamente ordinata. I metalli amorfi sono non cristallini e hanno una struttura simile al vetro. Ma a differenza dei vetri comuni come il vetro delle finestre, che sono tipicamente isolanti elettrici, i metalli amorfi hanno una buona conduttività elettrica.

L’azienda tedesca Heraeus ha investito più di qualsiasi altra azienda in metalli amorfi stampabili in 3D. Nel 2019, l’azienda ha presentato una ruota dentata, stampata in 3D utilizzando il proprio materiale metallico amorfo e un sistema L-PBF standard, che ha battuto il record mondiale per la maggior parte realizzata in metallo amorfo. Da allora, la business unit AMLOY AM di Heraeus ha stretto una partnership con la società di produzione di macchine TRUMPF per far progredire ulteriormente la stampa 3D di metalli amorfi utilizzando il sistema TruPrint 2000. Il sistema L-PBF di TRUMPF prepara la polvere in eccesso per la successiva costruzione in un ambiente di gas inerte, che protegge le particelle da eventuali influenze esterne.

0 Condivisioni
Tags
Research 2021
Ceramic AM Market Opportunities and Trends

This market study from 3dpbm Research provides an in-depth analysis and forecast of the ceramic additive ma...

Davide Sher

Sono un giornalista professionista iscritto all'ODG dal 2002 e mi sono sempre occupato di comunicazione trade. Per 10 anni ho redatto una testata dedicata al mercato dei videogiochi e successivamente ho partecipato alla creazione del primo iPad magazine dedicato all'elettronica di consumo. Dal 2012, mi occupo esclusivamente di stampa 3D/manifattura additiva, che vedo come la più affascinante e reale delle tecnologie oggi agli albori ma che plasmeranno il nostro futuro. Ho fondato Replicatore.it nel 2013 e ho scritto come blogger per diversi siti internazionali. Nel 2016 ho fondato la mia società 3dpbm (www.3dpbm.com), con base a Londra, che offre servizi di supporto alle aziende che vogliono comunicare, sia in Italia che nel mondo, i loro prodotti legati alla manifattura additiva. Oggi pubblichiamo diverse testate internazionali tra cui 3D Printing Media Network (il nostro sito editoriale internazionale), 3D Printing Business Directory (la più grande directory al mondo di aziende legate alla stampa 3D), Replicatore.it, Replicador.es e 3D Printing Media Network Chinese Version.

Articoli Correlati

Back to top button

Utilizziamo i cookie per offrirti la migliore esperienza online e per la personalizzazione degli annunci, per informazioni visita la pagina privacy e termini di Google.

Privacy Settings saved!
Impostazioni

Quando visiti un sito Web, esso può archiviare o recuperare informazioni sul tuo browser, principalmente sotto forma di cookies. Controlla qui i tuoi servizi di cookie personali.


Per utilizzare questo sito Web utilizziamo i seguenti cookie tecnicamente necessari
  • PHPSESSID
  • wordpress_test_cookie
  • wordpress_logged_in_
  • wordpress_sec

Rifiuta tutti i Servizi
Accetta tutti i Servizi
Close
Close

ADDITIVATI ADESSO

 

Iscriviti per ricevere le ultime notizie sull'industria della stampa 3D.

Ho letto e accetto l'informativa sulla privacy.*

Questa informazione non sarà mai condivisa con terze parti

BENVENUTO A 

BORDO!