L’Università SUPSI sviluppa un processo AM ibrido per ceramiche complesse
Il processo è stato sviluppato da Marco Pelanconi, per il suo progetto di dottorato, utilizzando un kit Sintratec
Negli ultimi 20 anni, il Laboratorio di materiali ibridi (HM Lab) della Scuola universitaria professionale della Svizzera italiana (SUPSI) ha condotto ricerche all’avanguardia sulla ceramica. Nel 2019, il professor Alberto Ortona, responsabile di HM Lab, ha già illustrato il potenziale che le stampe 3D porose possiedono per i materiali ceramici. Ora, uno dei dottorandi del professor Ortona all’Università di Padova, Marco Pelanconi, ha difeso con successo il suo dottorato di ricerca. tesi proprio in questo settore di ricerca.
Un nuovo processo AM ibrido
Come progetto di tesi, Pelanconi ha ottimizzato il processo per produrre complesse architetture ceramiche attraverso la produzione additiva. L’approccio prevede la stampa 3D di preforme polimeriche con elevata microporosità attraverso la sinterizzazione laser selettiva (SLS), combinata con l’infiltrazione con polimeri preceramici. Quindi, la pirolisi viene utilizzata per ottenere una conversione da polimero a ceramica a circa 1000°C. La densificazione finale viene eseguita tramite infiltrazione di silicio fuso per ottenere parti in ceramica ad alta densità.
Controllo della porosità con parametri aperti
Il Sintratec Kit – il primo e unico kit di montaggio al mondo nel campo della SLS – è stato al centro della ricerca di Marco Pelanconi grazie ai parametri aperti della stampante 3D. “Il kit ci ha permesso di modificare molti parametri di stampa, tra cui la temperatura della superficie della polvere, lo spessore dello strato, la velocità del laser, la spaziatura del tratteggio e altro, semplificando il controllo della porosità delle parti stampate in 3D”, ha affermato Pelanconi. Variando questi fattori, l’ingegnere dei materiali della SUPSI University è stato in grado di ottenere una porosità ideale (fondamentale per un’ulteriore infiltrazione) e quindi un’elevata qualità del pezzo.
Architetture ceramiche complesse
Per illustrare come questo metodo potesse essere utilizzato per forme particolarmente complesse, la ricerca di Pelanconi si è concentrata su due strutture porose cilindriche con diverse topologie: un cubo ruotato e un giroide. Dopo la stampa con Sintratec PA12 e la successiva conversione in ceramica, le parti risultanti hanno mostrato eccezionali proprietà meccaniche e termiche. Hanno mantenuto la loro forma originaria senza distorsioni o macrocricche, nonostante un restringimento di circa il 25%. Secondo Pelanconi, la loro impressionante forza biassiale di 165 MPa potrebbe ancora essere aumentata attraverso un’ulteriore ottimizzazione del processo.
Potenziale per una moltitudine di industrie
“Queste classi di materiali offrono proprietà termomeccaniche senza pari che non possono essere fornite dagli acciai, come la resistenza alle alte temperature, l’elevata resistenza all’ossidazione, l’elevata resistenza agli shock termici e l’elevata resistenza”, ha affermato Pelanconi. Pertanto, la ceramica è adatta per essere utilizzata in ambienti estremi, ad esempio in scambiatori di calore, supporti per catalizzatori, accumulo termico, bruciatori o aerospaziale. Questo approccio innovativo, portato avanti da Marco Pelanconi all’interno dell’HM Lab, potrebbe essere sfruttato dall’industria high-tech grazie ai diversi materiali ceramici ottenibili da un’ampia gamma di polimeri preceramici.
