Quali sono le caratteristiche dell’allumina nella stampa 3D?
L’allumina, conosciuta anche come ossido di alluminio, è una ceramica tecnica ampiamente utilizzata, ricavata dalla bauxite, una roccia che contiene anche ossido di ferro. Attraverso il processo Bayer, la bauxite viene purificata fino a ottenere una polvere bianca che, tramite elettrolisi, può essere trasformata in alluminio. L’allumina si distingue per le sue eccellenti proprietà chimiche, termiche ed elettriche, ed è oggi una delle ceramiche ossidate più impiegate anche nella produzione additiva. Ma quali sono le sue caratteristiche principali e con quali processi può essere stampata in 3D? In questo articolo analizzeremo più da vicino il ruolo dell’allumina nella manifattura additiva.
Nel 1754, il chimico tedesco Andreas Sigismund Marggraf isolò per la prima volta l’allumina dall’allume. Anni dopo, il processo Bayer fu impiegato per estrarla dal minerale noto come bauxite. Oggi, il 90% dell’ossido di alluminio viene utilizzato per produrre alluminio, ma viene anche impiegato come ceramica tecnica, grazie alle sue caratteristiche particolarmente interessanti in termini di resistenza alle alte temperature e agli shock termici. L’allumina ha infatti un punto di fusione superiore a 2.000°C. Questo materiale offre eccellente stabilità dimensionale, resistenza all’usura e isolamento elettrico. La sua durezza è paragonabile a quella del carburo di tungsteno.
Una volta estratta, l’allumina è una polvere bianca. (Crediti immagine: Itaforte)
L’allumina nella stampa 3D
L’allumina è una polvere che può essere impiegata nella produzione additiva in diversi modi. In primo luogo, può essere incapsulata in un filamento plastico per essere utilizzata nella stampa 3D FDM. Una volta realizzato il pezzo, sono necessarie la deceratura e la sinterizzazione per rimuovere il solvente e la plastica in eccesso e consolidare dunque il materiale. È possibile utilizzare anche la produzione additiva con resina. In questo caso, sono richieste fasi di post-elaborazione per ottenere un pezzo finale con caratteristiche chimiche e meccaniche ottimali. Infine, c’è il binder jetting, una tecnica compatibile con le ceramiche, inclusa l’allumina. È importante sottolineare che la stampa con allumina richiede ulteriori fasi di post-elaborazione, che possono allungare i tempi di produzione e imporre vincoli aggiuntivi. Tuttavia, alcuni operatori del mercato stanno lavorando per automatizzare il più possibile questa fase del processo.
Tra i principali attori del mercato figurano: 3D Ceram e Formlabs, che offrono macchine per resina compatibili con l’allumina; Nanoe, che ha sviluppato un filamento a base di ossido di alluminio; e Concr3de, che propone una gamma di soluzioni industriali basate sulla tecnologia di binder jetting. Questi non sono gli unici fornitori presenti sul mercato, ed è utile sapere che esistono diverse opzioni per l’impiego dell’allumina nella produzione additiva.
Possibili applicazioni
Come si può immaginare, l’allumina è particolarmente apprezzata in molti settori industriali che richiedono resistenza alle alte temperature o proprietà isolanti, come quello aerospaziale e dell’energia. Questo materiale può essere impiegato per realizzare alloggiamenti per connettori, isolanti, componenti per assemblaggi elettrici e molto altro ancora. Grazie alla produzione additiva, è possibile produrre piccole quantità a costi ridotti, personalizzandole in base alle specifiche esigenze.
Disco abrasivo in ceramica e fresa progettati utilizzando la resina per stampa 3D Alumina 4N di Formlabs. (Crediti fotografici: Formlabs)
L’allumina stampata in 3D permette inoltre di realizzare anime di fonderia complesse, riducendo sia i tempi di consegna sia il costo complessivo dello stampo. Ad esempio, è possibile progettare parti con canali interni per migliorare il flusso di fluidi o aria, una complessità progettuale difficile da ottenere con i metodi tradizionali di produzione. Come si può vedere, la produzione additiva consente di creare parti in allumina resistenti, durature e complesse in modo più efficiente.
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*Cover Photo Credits: Formlabs