La stampa 3D utilizzata per creare una lega di titanio con la più alta resistenza specifica

Una delle chiavi dell’innovazione manifatturiera è la ricerca e lo sviluppo dei materiali. In settori come quello aerospaziale, è essenziale che le parti da produrre siano sia leggere che estremamente resistenti. In effetti, la ricerca sui materiali per la produzione additiva è un campo in rapida espansione. L’ultima notizia è che gli ingegneri della Monash University hanno utilizzato tecniche di stampa 3D per creare una lega di titanio commerciale ultra resistente, consentendo applicazioni in numerosi settori.

Il titanio è rinomato per la sua resistenza e come tale viene spesso utilizzato per la produzione di parti finali. Le leghe di titanio, in cui il titanio viene miscelato con un altro metallo per fornire proprietà aggiuntive, tra cui flessibilità, resistenza e malleabilità, sono particolarmente apprezzate per il loro rapporto resistenza-peso. Ma la ricerca è in costante sviluppo per migliorarli. Nello studio intitolato “Leghe di titanio nanotwinned ultraresistenti grazie alla produzione additiva“, un team di ingegneri ha mostrato come hanno utilizzato la produzione additiva per creare una lega di titanio con la più alta resistenza specifica (rapporto resistenza/peso).

L’uso della produzione additiva per produrre una lega di titanio

La creazione di leghe di titanio non è un processo semplice e diretto. Si utilizzano una serie di tecniche complesse, tra cui lo stampaggio e il trattamento termomeccanico. Sebbene questa non sia la prima volta che la stampa 3D viene utilizzata non solo per creare parti ma anche per le leghe stesse, le leghe disponibili in commercio realizzate con questa tecnica spesso non mostrano proprietà soddisfacenti. I ricercatori, guidati dal professor Aijun Huang e dal dottor Yuam Zhu della Monash University, hanno utilizzato la stampa 3D per manipolare una nuova microstruttura che ha portato a prestazioni meccaniche senza precedenti per la lega.

Per fare ciò, i ricercatori hanno utilizzato la produzione additiva per sfruttare il ciclo termico e la rapida solidificazione. In particolare, le polveri di leghe di β-titanio (Beta-C, Ti-3.63Al8.03V-6.02Cr-4.03Mo-4.00Zr, wt%), una lega di titanio commerciale, sono state fuse e depositate utilizzando la fusione laser a letto di polvere (LPBF). Questi campioni sono stati quindi trattati termicamente a due diverse temperature. Sono stati quindi effettuati test che hanno dimostrato che le leghe di titanio sono diventate più forti utilizzando questo metodo, sebbene i ricercatori ritengano che possa essere applicato a qualsiasi lega di titanio con gli stessi risultati.

Il professor Huang aggiunge: “Le leghe di titanio richiedono colate complesse e lavorazioni termomeccaniche per ottenere le elevate resistenze richieste per determinate applicazioni critiche. Abbiamo scoperto che la produzione additiva può sfruttare il suo esclusivo processo di produzione per creare parti ultra resistenti e termicamente stabili in leghe di titanio commerciali, che possono essere utilizzate direttamente. Dopo un semplice trattamento post-termico su una lega di titanio commerciale, si ottiene un allungamento adeguato e una resistenza alla trazione superiore a 1600 MPa, la più alta resistenza specifica di qualsiasi metallo stampato in 3D fino ad oggi. Questo lavoro apre la strada alla fabbricazione di materiali strutturali con microstrutture uniche e proprietà eccellenti per ampie applicazioni”.

I ricercatori sperano che i risultati di questo lavoro portino a una migliore comprensione dei principi dell’ingegneria del rinforzo e della dislocazione nel campo della metallurgia fisica. Hanno anche notato che utilizzando la stampa 3D con un semplice trattamento termico, il costo del processo è stato notevolmente ridotto rispetto a materiali con resistenza simile. Puoi scaricare l’intero studio QUI.

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*Crediti foto copertina: Monash University