I ricercatori della Tohoku University hanno usato una tecnica di stampa 3D multi-materiale per costruire componenti automobilistici leggeri ma resistenti.
Un team di ricercatori della Tohoku University, in Giappone, ha realizzato il primo componente multi-materiale automobilistico con la stampa 3D multi-materiale. Il prototipo è a grandezza naturale al mondo (torre di sospensione) con una geometria su misura. Il gruppo di ricerca intende applicare queste scoperte ad altre combinazioni di metalli in cui problemi simili di legame necessitano di miglioramenti, in modo da esterndere la gamma delle applicazioni.
Il processo di stampa 3D di metallo prevede la costruzione di oggetti depositando metalli strato per strato e utilizzando il calore per legarli insieme. La precisione della stampa 3D consente la produzione di forme uniche e altamente personalizzabili che spesso creano sottoprodotti meno dispendiosi rispetto ai metodi di produzione tradizionali. “Strutture multi-materiale” che combinano strategicamente materiali diversi per prestazioni ottimali di un componente possono anche essere create tramite la stampa 3D. Per esempio, i componenti di automobili di acciaio possono essere resi più leggeri combinandoli con l’alluminio. La padronanza di tali tecniche di stampa 3D sta quindi riscuotendo notevole attenzione da parte dei ricercatori, ma presenta alcune sfide: “I multimateriali sono un argomento caldo nel campo della produzione additiva per la flessibilità del processo, ma una questione importante nell’implementazione pratica è che per alcune combinazioni di metalli, come acciaio e alluminio, possono formarsi composti intermetallici fragili alle interfacce di metalli diversi. Quindi, mentre il materiale è ora più leggero, finisce per essere più fragile” spiega Kenta Yamanaka, professore associato dell’Università di Tohoku.
Produrre una lega acciaio-alluminio leggera e resistente
L’obiettivo dello studio della Tohoku University era quello di produrre una lega acciaio-alluminio che fosse leggera ma che non compromettesse la resistenza. Per farlo, il ricercatori hanno usato la Laser Powder Bed Fusion (L-PBF), una delle principali tecnologie di stampa 3D di metallo che impiega un laser per fondere selettivamente le polveri metalliche. Aumentando la velocità di scansione del laser, hanno scoperto che si sopprime significativamente la formazione di composti intermetallici fragili (come Al5Fe2 e Al13Fe4). Poi hanno ipotizzato che la maggiore velocità di scansione portasse alla cosiddetta solidificazione non in equilibrio, che riduce al minimo la partizione del soluto, la quale determina punti deboli nel materiale. Il prodotto risultante ha dimostrato forti interfacce di legame.
“Abbiamo dovuto prima comprendere appieno il meccanismo di lega in situ” commenta Seungkyun Yim, professore associato dell’Università di Tohoku.
I risultati sono stati pubblicati su Additive Manufacturing il 19 novembre 2024.
