I ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno sviluppato una tecnica che migliora l’assorbimento ottico delle polveri metalliche utilizzate nella stampa 3D.
Grande progresso per la produzione additiva di metalli. I ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), negli Stati Uniti, e i loro partner accademici della Stanford University e della University of Pennsylvania hanno sviluppato una tecnica che migliora l’assorbenza ottica delle polveri metalliche. L’approccio, che prevede la creazione di caratteristiche superficiali in scala nanometrica su polveri metalliche, promette di migliorare l’efficienza e la qualità delle parti metalliche stampate, in particolare per materiali difficili come rame e tungsteno.
La stampa 3D sta rivoluzionando la produzione. Nella stampa 3D di metalli con fusione laser a letto di polvere (LPBF) c’è il problema dell’elevata riflettività di alcuni metalli, che può portare a un assorbimento di energia inefficiente durante il processo di stampa e può persino danneggiare alcune macchine da stampa. Un’inefficienza che spesso si traduce in una qualità di stampa inadeguata e un aumento del consumo di energia.
In uno studio pubblicato sulla rivista Science Advances, il team ha introdotto un nuovo processo di incisione chimica a umido che modifica la superficie delle polveri metalliche convenzionali. Creando scanalature e texture in scala nanometrica, i ricercatori hanno riferito di aver aumentato l’assorbimento di queste polveri fino al 70 percento, consentendo un trasferimento di energia più efficace durante il processo di fusione laser.
La tecnica di incisione a umido è relativamente semplice, ma altamente efficace. Le polveri metalliche come rame e tungsteno vengono immerse in soluzioni appositamente formulate che rimuovono selettivamente il materiale dalla superficie.
Il migliore assorbimento delle polveri metalliche rappresenta un promettente passo avanti per ridurre il consumo energetico nella produzione, in particolare perché la domanda di processi di produzione più sostenibili ed efficienti continua a crescere.
“Possiamo stampare il rame senza il rischio di danneggiare il sistema AM stesso. Anche la finestra dei parametri di processo diventa più ampia, il che consente di esplorare una più ampia varietà di condizioni di scansione, spesso necessarie quando si stampano geometrie complesse. Infine, una manciata di produttori di macchine si è persino spinta fino a creare macchine completamente nuove per la lavorazione del rame e di altri materiali altamente riflettenti. Queste risultano costare quasi il doppio di una macchina tradizionale, quindi la barriera d’ingresso per la stampa di questi materiali è proibitiva” spiega Philip DePond, coautore principale dello studio.
Gli effetti immediati sulla produzione
La nuova tecnica potrebbe avere un impatto immediato sulla produzione. La capacità di stampare con meno energia riduce non solo i costi operativi ma anche al minimo l’impatto ambientale del processo di produzione e apre la stampa 3D in rame a un intero nuovo contingente di produttori.
“Questo metodo consente anche alle macchine commerciali con una potenza laser piuttosto bassa di stampare il rame, democratizzando così il processo e fornendo accesso a una comunità più ampia. Dallo scambio termico alla catalisi, una stampa più efficiente del rame supporta lo sviluppo di molte tecnologie di energia pulita e decarbonizzazione” afferma Dan Flowers, leader del programma Energy Security, aggiungendo che spera che il lavoro consentirà all’industria di utilizzare meglio il rame nella produzione avanzata.
L’assorbimento migliorato e la dinamica della polvere migliorata potrebbero anche consentire la produzione di parti stampate di alta qualità con densità relative maggiori. Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno raggiunto densità relative fino al 92 percento con metà dell’energia in ingresso rispetto ad altri componenti in rame stampati e oltre il 99 percento con energie più elevate, indicando il potenziale per produrre parti metalliche più resistenti e durevoli.
Il team sta ora cercando di esaminare gli effetti della nanotesturizzazione sulla miscelazione elementare di polveri, come materiali che in genere necessitano di energie drasticamente diverse per fondersi.
Foto: Brendan Thompson/LLNL
