#Startup3D: MatterWave usa le onde meccaniche per controllare la stampa 3D in metallo
La stampa 3D in metallo è ormai molto efficace nel fondere le polveri, ma ciò che accade durante il raffreddamento e la solidificazione del metallo è in gran parte affidato al caso. Per chi lavora con la fusione laser a letto di polvere (LPBF), le conseguenze sono note: tensioni residue, cricche, variabilità tra i componenti e una lunga serie di trattamenti termici e test di qualificazione. Di conseguenza, oggi solo poche leghe possono essere stampate in modo affidabile.
La startup statunitense MatterWave punta a controllare proprio la fase di raffreddamento. Il suo modulo di retrofit, Daedalus, si installa in corrispondenza della piattaforma di costruzione di una stampante 3D per metalli già esistente e trasmette vibrazioni meccaniche calibrate al bagno di fusione mentre solidifica, influenzando in tempo reale la struttura cristallina del metallo. Secondo i primi risultati comunicati da MatterWave, la durata a fatica dei componenti può aumentare fino a dieci volte rispetto alle stampe convenzionali.
Da un laboratorio di Hong Kong a un modulo di retrofit
Alex Tiliță, CEO e fondatore di MatterWave, ha dedicato oltre quindici anni alla ricerca sulla produzione additiva dei metalli, anche durante il dottorato e il postdottorato presso la Hong Kong University of Science and Technology. Partendo dalla fisica delle onde, ha concluso che la ridotta durata a fatica, la scarsa ripetibilità e la necessità di trattamenti termici dipendono dal modo in cui si formano le strutture cristalline durante il raffreddamento.
Inizialmente MatterWave intendeva costruire una propria stampante. Dopo il trasferimento negli Stati Uniti, però, il team ha ritenuto che le macchine LPBF già disponibili sul mercato fossero sufficientemente avanzate e ha scelto di concentrarsi sulla tecnologia proprietaria alla base del progetto, invece di sviluppare un’intera macchina da zero.
Come funziona Daedalus
Mentre i produttori di stampanti hanno perfezionato la fusione della polvere metallica, il raffreddamento è rimasto un processo passivo. Daedalus rende attiva questa fase. Il modulo, composto sostanzialmente da una serie di trasduttori sovrapposti, introduce vibrazioni a frequenze e ampiezze specifiche mentre il bagno di fusione solidifica. In questo modo influenza direttamente la nucleazione e l’orientamento dei cristalli. La frequenza viene regolata in base alle proprietà termomeccaniche di ciascun materiale.
Queste vibrazioni sono fononi, la controparte meccanica dei fotoni. Poiché il modulo deve interfacciarsi soltanto con il volume di costruzione, può essere adattato a quasi tutte le stampanti 3D per metalli. I benefici maggiori riguardano i processi basati sulla fusione, come la LPBF e la deposizione a energia diretta (DED).
Aprire la strada a nuove leghe
Una delle principali promesse del sistema è rendere utilizzabili materiali che oggi tendono a sviluppare cricche. Queste ultime sono spesso legate alla formazione dei cristalli. Negli acciai ad alto tenore di carbonio, per esempio, il carbonio intrappolato nel reticolo cristallino provoca fragilità. Con Daedalus, i cristalli si formano prima, consentendo agli elementi di lega di diffondersi all’esterno del reticolo e dando origine a una struttura meno soggetta a tensioni e più duttile.
Durante l’International Conference on Advanced Manufacturing (ICAM), i potenziali clienti hanno forte interesse per leghe difficili da stampare, come l’alluminio 7075, l’Hastelloy, gli acciai per utensili e diversi gradi di Inconel (738, 939 e 247).
Il collo di bottiglia della qualificazione
MatterWave ha installato Daedalus su una EOS M 290 e sta avviando un ciclo di qualificazione dell’Inconel 718 nell’ambito di un contratto nel settore aerospaziale. La qualificazione di un processo di produzione additiva di metalli richiede in genere uno o due anni e costa circa un milione di dollari, soprattutto a causa della variabilità tra componenti e tra macchine. Riducendo questa variabilità, MatterWave punta ad accelerare i processi di qualificazione.
La visione a lungo termine, definita «materia programmabile», consiste nell’integrare direttamente nei componenti le proprietà meccaniche desiderate durante la stampa, riducendo o eliminando fasi successive come la distensione delle tensioni residue e la pressatura isostatica a caldo (HIP).
I prossimi passi
Attualmente MatterWave lavora come subappaltatore nell’ambito di un finanziamento del programma statunitense Small Business Innovation Research. Sebbene i principi fisici su cui si basa la tecnologia siano stati validati in ambito accademico fin dal 2017, la startup si sta ora concentrando sulla verifica delle prestazioni dichiarate in vista della commercializzazione, con l’obiettivo di un lancio più ampio sul mercato tra circa due anni.
Per saperne di più su MatterWave, visita il sito web dell’azienda QUI.
Secondo voi, moduli di retrofit come Daedalus potrebbero aprire la strada all’impiego di nuove leghe nella stampa 3D in metallo?
*Crediti di tutte le foto: MatterWave
