La stampa 3D fu inventata nel 1983 da Charles “Chuck” Hull, ma per gli alti costi rimase lungo utile solo in settori come quello dell'automobile o dell'aeronautica; oggi è alla portata di tutti, mentre in campo industriale sta dando luogo a una nuova rivoluzione.
La stampa 3D è una rivoluzione in corso la cui portata non è sotto gli occhi di tutti, nonostante nella sua versione più semplice stia diventando familiare grazie a dispositivi amatoriali in grado di creare oggetti in plastica, in vendita a prezzi che partono anche da soli cento euro.
Ma in ambito industriale e specialistico le metodologie di stampa tridimensionale avanzate permettono la produzione di materiali dotati di caratteristiche non conseguibili attraverso le tecniche convenzionali, grazie all’estrema precisione a livello di nanoscala (frazioni di millimetro) di processi in grado di conferire caratteristiche ad hoc, un vero e proprio tuning mirato in specifiche zone dell’oggetto in questione.
La stampa 3D permette il design di microstrutture impensabili fino a pochi anni fa
Sono infatti sempre più sviluppate diverse metodologie in grado di stampare oggetti in metallo, anche più metalli contemporaneamente, basate su raggi laser o fasci di elettroni concentrati. Ma materiali di grande utilità e versatilità come le superleghe destinate all’uso in ambienti che prevedono un forte stress o elevate temperature presentano problemi nella produzione tramite stampa 3D.
L’additive manufacturing (AM), cioè l’aggiunta progressiva di materiale nella realizzazione dell’oggetto, non si adatta a queste superleghe, la cui struttura tende a danneggiarsi sia allo stato liquido durante la produzione che subito dopo, durante il trattamento termico cui deve essere sottoposto per lo scioglimento delle strutture cristalline, proprio allo scopo di evitare microfratture strutturali (dette “cricche”).
L’utilizzo del laser sottopone ad altissime temperature le micropolveri di metallo
Un team guidato dalla professoressa Tresa Pollock del Dipartimento dei materiali dell’Università della California, Santa Barbara, insieme ad altri colleghi descrive in uno studio una nuova classe di superleghe dotate di estrema resistenza e a prova di microfratture, in grado di preservare la propria integrità strutturale a temperature fino al 90% di quella di fusione, laddove molte leghe convenzionali tipicamente iniziano a cedere al 50%.
La nuova superlega contiene proporzioni identiche di nichel e cobalto più quantità minori di altri elementi e risultano adatte al processo di realizzazione sia tramite fascio di elettroni concentrato che di raggi laser senza presentare il problema delle cricche, divenendo così utile nella realizzazione di dispositivi in cui siano richieste proprietà meccaniche di grande resistenza come nei motori a turbina in campo aeronautico o della produzione di energia.
Sono molti i settori che direttamente o indirettamente possono beneficiare di materiali a elevate prestazioni di questo genere
In una di queste nuove versioni di superlega il team di Pollock è in particolare riuscito, grazie all’elevata percentuale di cobalto, a introdurre nel metallo caratteristiche, sia allo stato liquido che solido, in grado di renderlo compatibile con una svariata serie di tecniche di stampa 3D.
La ricerca in questo campo può avere grandi ricadute in campo pratico, poiché tesa a ridurre, grazie alle possibilità offerte dalla stampa 3D, la necessità di materiali piuttosto difficili da reperire, riducendo gli sprechi e puntando a raddoppiare la velocità di produzione dimezzando i costi.
Per maggiori informazioni: “A defect-resistant Co–Ni superalloy for 3D printing”, apparso a ottobre 2020 su Nature Communications.
