Tutto quello che c’è da sapere sulla produzione additiva Cold Spray

Le varie tecnologie di produzione additiva oggi disponibili possono sembrare infinite, ma in realtà rientrano queasi tutte in circa sette categorie generali, ma non mancano le eccezioni. Prendiamo ad esempio la tecnologia di produzione additiva Cold Spray. La tecnica del Cold Spray, o spruzzatura a freddo, prevede l’uso di un getto di gas ad alta velocità – fino a quattro volte la velocità del suono – che accelera le particelle di polvere su un substrato, di solito un metallo, su una distanza di circa 25 mm. Questa tecnica può formare un rivestimento sul pezzo o, nel caso dell’Additive Manufacturing (AM), può essere utilizzata per formare un intero pezzo. Il processo di Cold Spray è stato sviluppato dai ricercatori dell’Istituto di Meccanica Teorica e Applicata (ITAM) del ramo siberiano dell’Accademia delle Scienze russa negli anni ’80. Il gruppo si è reso conto che era possibile ottenere un rivestimento in metallo da una distanza di circa 1 mm e che era possibile rivestire particelle solide con un flusso di gas a temperatura ambiente.

In termini di produzione additiva, si tratta di una tecnica che utilizza la spruzzatura a freddo per formare parti intere (o per riparare parti rotte o danneggiate), attraverso un ugello e bracci robotici. Ma quali sono i vantaggi di questo metodo? E le applicazioni?

Vantaggi e limiti della produzione additiva Cold Spray

Uno dei principali vantaggi della spruzzatura a freddo in generale rispetto alla spruzzatura termica è che, poiché la temperatura non supera gli 800 gradi, può essere utilizzata per materiali sensibili alla temperatura (comprese le nanostrutture) e all’ossigeno (come il titanio e l’alluminio, che si ossidano entrambi), poiché le particelle non si fondono. Inoltre, i tempi di produzione sono brevi, inferiori a quelli di SLM, EBM e LMD, e le dimensioni del prodotto sono illimitate. Inoltre, il Cold Spray può essere utilizzato con diversi metalli e loro composti. Tra questi, alluminio, nichel, rame, acciaio e titanio, ma anche metalli preziosi (argento, oro e platino) e materiali refrattari. Questa tecnologia presenta anche un particolare vantaggio nella riparazione di parti corrose o danneggiate, in particolare nell’industria aerospaziale.

Detto questo, il limite principale della tecnica di Cold Spray è la geometria limitata del pezzo, la bassa densità e precisione e l’infragilimento del materiale. Rispetto ad altri metodi di stampa 3D, le opzioni sono estremamente limitate, con macchine prodotte solo da poche aziende. Le parti richiedono una fresatura dopo la realizzazione per lisciare le superfici e affilare i bordi per ottenere una forma ottimizzata.

Produttori e applicazioni

Tra le aziende specializzate nella produzione additiva Cold Spray, SpEE3D spicca con il suo processo brevettato ‘Supersonic Particle Deposition’, che è fino a 1000 volte più veloce rispetto alle tradizionali tecnologie di stampa 3D per metalli, come il binder jetting o il DMLS. Questo innovativo metodo è integrato nella stampante 3D Metal WarpSPEE3D. Secondo l’azienda, l’uso di questa tecnologia la rende l’unico produttore in grado di offrire pezzi a un costo simile a quello della fusione e più economico dei pezzi CNC. Un altro produttore molto noto in relazione a questa tecnologia è Impact Innovations, un’azienda tedesca specializzato in soluzioni Cold Spray complete. VRC Metal Systems ha una propria selezione, con un sistema mobile di spruzzatura a freddo e diverse soluzioni integrate con CNC. Alcune aziende, come la svedese Höganäs, si sono specializzate nella produzione di polveri per questa tecnologia.

Anche se può sembrare di nicchia, visto il numero relativamente ridotto di soluzioni esistenti, la tecnologia Cold Spray è già stata utilizzata per alcune applicazioni incredibili. Ad esempio, già nel 2009 General Electric ha ricevuto una sovvenzione dal governo tedesco per finanziare la ricerca sul miglioramento dei moderni motori a reazione. Il primo utilizzo della sovvenzione è stato quello di realizzare con Cold Spray grandi motori turbofan (un tipo di motore a reazione utilizzato per la turbopropulsione), con un “notevole” risparmio sui costi. La tecnologia può essere utilizzata anche per realizzare strutture reticolari che rinforzano i componenti aerospaziali e per le camere di combustione e gli ugelli dei razzi. Questo è il caso di SPEE3D, che ha utilizzato la sua tecnologia per tutto, dai razzi alle applicazioni militari.

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