Guida ai materiali per la stampa 3D: i metalli

I metalli sono tra i materiai più utilizzati nella stampa 3D industriale. In particolare, i settori che beneficiano di più delle tecnologie di stampa 3D a metallo sono quello aeronautico, automobilistico e bio-medico. Le tecnologie additive a metallo più importanti sono sicuramente la Laser Powder Bed Fusion (LPBF) e l’Electron Beam Melting (EBM, fusione a fascio di elettroni) o Directed Energy Deposition (DED). Vediamo insieme nello specifico quali sono i metalli per la stampa 3D.

Alluminio

Questo materiale offre un eccellente compromesso tra leggerezza e solidità. Oltre a essere resistente alla corrosione, può anche essere saldato. Rispetto all’acciaio, è meno resistente è più sensibile alle alte temperature. È principalmente utilizzato in ambiti in cui il peso è fondamentale, come nelle parti meccaniche di auto da corsa, aeronautica, settore aerospaziale, biciclette, ecc.

Raramente è presente allo stato puro e si trova più di frequente sotto forma di lega con metalli che ne migliorano le proprietà fisiche e meccaniche, come il silicone e il magnesio. Un esempio tipico è l’alluminio AISi10Mg, venduto in polvere dal produttore tedesco EOS. Ciò rende possibile produrre parti solide e complesse.

Leghe di alluminio

Come indicato in precedenza, le leghe di alluminio sono più frequenti della forma pura e sono tradizionalmente impiegate in numerose applicazioni industriali. Inoltre, possiedono un elevato rapporto resistenza/peso, infatti mostrano una buona resistenza agli stess e alla corrosione del metallo.

Gallio

Il gallio è utilizzato come lega, con il 25% di indio. Ciò che rende speciale questa lega è che non solo si può fondere a una bassa temperatura di 29,7°C (85,46°F), ma i due metalli si solidificano a contatto con l’aria mentre l’interno rimane liquido, favorendo la stampa.

Il prezzo rimane la principale barriera se si vuole utilizzare questo materiale. Ecco un video realizzato da un team di ricercatori dell’Università della North Carolina che studia l’uso del gallio nella stampa 3D:

Acciaio

Essendo uno dei metalli più comuni nel settore per la produzione di pezzi di ricambio, non sorprende che l’acciaio sia stato il primo metallo utilizzato nella stampa 3D.

Acciaio inossidabile

L’acciaio inossidabile è presente nella vita quotidiana tanto quanto nelle industrie meccaniche e in medicina. Ha buone proprietà metalliche e permette di ottenere una superficie liscia e lucida. Numerosi produttori come EOS, ProMetal o ExOne offrono questo materiale per la produzione additiva. Tra le sue principali proprietà: durezza, resistenza alla trazione, lavorabilità e resistenza agli urti.

È inoltre possibile stampare elementi in bronzo o oro utilizzando l’acciaio inossidabile come materiale di base.

Acciaio maraging

EOS offre acciaio maraging MS1, utilizzato nella produzione di attrezzi o stampi grazie alla sua resistenza alla trazione.

Titanio

Il titanio è il fiore all’occhiello dei settori medico e aerospaziale, grazie all’eccellente combinazione di resistenza e peso, alla biocompatibilità e all’elevata resistenza alla corrosione. Tutti i gradi di titanio mostrano un’estrema resistenza alla corrosione, duttilità e saldabilità, sebbene il grado uno sia leggermente meno lavorabile dei gradi due, tre e quattro. Il grado quattro è il più resistente.

La stampa 3D facilita la produzione di parti in titanio ed evita le impurità ottenute con le tecniche tradizionali durante la fase di saldatura. Tuttavia, uno svantaggio importante di questo materiale è il suo costo elevato, in quanto è circa 50 volte superiore a quello dell’acciaio.

Leghe di titanio

Come nel caso delle leghe di alluminio, le leghe di titanio presentano migliori proprietà meccaniche e chimiche. Sono utilizzate nella manifattura additiva per produrre una vasta gamma di componenti industriali, tra cui lame, bulloneria, anelli, dischi, mozzi e vasi. Le leghe di titanio sono anche utilizzate per produrre parti per motori da corsa altamente performanti quali scatole del cambio e bielle.

Cromo cobalto

Stampate con le tecniche di E-Beam (EBM) e DMLS, le leghe di cobalto mostrano una qualità migliore di quelle ottenute utilizzando metodi di produzione tradizionali come la fusione a cera persa.

Come le leghe in titanio, le leghe cromo-cobalto come CoCrMo sono ampiamente utilizzate in medicina per la produzione di protesi, sia in ambito ortopedico che odontoiatrico (grazie alla rigidità, resistenza all’usura e mancanza di corrosione). Inoltre, il settore automobilistico e quello aerospaziale impiegano alcune leghe di cobalto-cromo-molibdeno altamente termoresistenti.

EOS offre leghe Cobalto cromo MP1 ed SP2 resistenti a temperature elevate, fino ai 600°C (1.112° F). D’altro canto, Arcam commercializza l’ASTM F75, che è a sua volta ampiamente utilizzato per la produzione di attrezzi e stampaggio.

Leghe a base di nickel

Le super leghe in nickel cromo come Inconel 718 e Inconel 625 danno vita a parti in metallo robuste e resistenti alla corrosione. Queste leghe sono spesso utilizzate in ambienti aeronautico, petrolchimico e delle corse automobilistiche ad alto stress e a temperature elevate.

Metalli preziosi

In precedenza abbiamo visto che è possibile aggiungere colla per iniettare bronzo e oro in un oggetto stampato in acciaio. Esiste anche un altro modo per stampare con questi metalli: tramite un getto di metallo fuso. Questa colata è uno stampo realizzato con cera persa e finitura realizzata a mano.

Questo metodo è ampiamente utilizzato in gioielleria e nella manifattura di piccoli oggetti. Uno dei limiti di questa fusione è che occorre tenere presenti le forme sottili che devono essere evitate, oltre a garantire il rispetto di uno spessore minimo da 0,8 mm a 1 mm per le pareti.

La fase di finitura è la chiave per un buon rendering superficiale, soprattutto per le monete in argento. Con l’oro è possibile ottenere diverse tonalità di colore (rosa, bianco e giallo).

Per concludere, è importante notare che oggi è possibile modificare la struttura atomica del metallo durante la stampa. Facendo questo, si otterrà una solidificazione più rapida e uniforme, che può portare a un metallo più rigido e resistente. Per maggiori informazioni sulle tecnologie di stampa 3D a metallo, leggi la nostra guida completa QUI.

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