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Gli ultrasuoni incrementano la resistenza delle parti metalliche stampate in 3D

I team di ricerca e le aziende di tutto il mondo stanno studiando i modi per migliorare la produzione additiva in tutti i punti, dai materiali e parametri di processo, all’hardware di stampa e oltre. Un recente sviluppo della School of Engineering della RMIT University potrebbe portare a miglioramenti nella stampa 3D in metallo a base di polvere, aumentando notevolmente l’uniformità di stampa.

Il team di ricerca di RMIT ha scoperto che la tecnologia ad ultrasuoni può essere utilizzata per creare parti metalliche più forti e più dense agitando essenzialmente le particelle di polvere in una composizione più stretta durante il processo di stampa.

Questa svolta, recentemente pubblicata sulla rivista Nature Communications , dimostra come le onde sonore ad alta frequenza possano essere sfruttate per cambiare la microstruttura interna delle leghe stampate in 3D, con conseguente maggiore resistenza e compatezza.

“Se si osserva la struttura microscopica delle leghe stampate in 3D, sono spesso costituite da cristalli grandi e allungati”, ha dichiarato Carmelo Todaro, autore principale dello studio e dottorando presso la School of Engineering di RMIT. “Ciò può renderli meno adatti per le applicazioni di ingegneria a causa delle loro prestazioni meccaniche inferiori e della maggiore tendenza a rompersi durante la stampa.

“Ma la struttura microscopica delle leghe a cui abbiamo applicato gli ultrasuoni durante la stampa sembrava nettamente diversa: i cristalli di lega erano molto fini e completamente uguali, il che significa che si erano formati ugualmente in tutte le direzioni nell’intera parte metallica stampata”.

Nei test, il team di ricerca ha scoperto che la stampa 3D di parti in titanio utilizzando le onde ad ultrasuoni ha migliorato del 12% la resistenza alla trazione e lo stress da snervamento rispetto alle stesse parti realizzate con la produzione additiva convenzionale.

Lo studio consisteva nel testare gli effetti delle vibrazioni sonore su due polveri metalliche AM comunemente usate, una lega di titanio (Ti-6Al-4V) e una super lega a base di nichel (Inconel 625). Lavorando con queste polveri, il team di ricerca ha scoperto che la tecnologia ad ultrasuoni potrebbe anche essere utilizzata per modificare le strutture microscopiche di parti specifiche di un singolo componente. Questo fenomeno, chiamato classificazione funzionale, è stato ottenuto semplicemente spegnendo e accendendo il generatore di onde sonore durante il processo di stampa.

“Sebbene sia stata usata una lega di titanio e una superlega a base di nichel, ci aspettiamo che il metodo possa essere applicabile ad altri metalli commerciali, come acciai inossidabili, leghe di alluminio e leghe di cobalto”, ha affermato il distinto prof.  Ma Qian, coautore e supervisore del progetto. “Prevediamo che questa tecnica possa essere utilizzata per consentire la stampa 3D della maggior parte delle leghe metalliche rilevanti a livello industriale per parti strutturali ad alte prestazioni o leghe strutturalmente classificate”.

In futuro, il team di ricerca spera che questa svolta innovativa possa ispirare altri gruppi di ricerca e aziende ad esplorare il potenziale di sviluppo di macchine ad ultrasuoni specializzate per la stampa 3D in metallo.

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