La stampa 3D (nota anche come produzione additiva) produce parti da modelli digitali utilizzando un metodo strato per strato di materiali da costruzione. La stampa 3D è ampiamente utilizzata per produrre polimeri, metalli, cemento e idrogel. Metal AM può produrre un'ampia varietà di metalli, ma l'alluminio AM viene utilizzato per sviluppare parti specifiche per l'industria aerospaziale e automobilistica.
In particolare, la produzione additiva dei metalli ha ricevuto molta attenzione grazie ai suoi vantaggi rispetto ai metodi di produzione tradizionali come la fusione, la formatura e la lavorazione a macchina.
La produzione additiva di metalli viene utilizzata nei settori aerospaziale, petrolifero e del gas, marittimo e automobilistico grazie a vantaggi quali la libertà di progettazione delle parti, la complessità delle parti, la leggerezza, l'integrazione delle parti e il design funzionale. Inoltre, la produzione additiva è una tecnica di produzione senza attrezzi in grado di produrre oggetti di metallo completamente densi con elevata precisione in meno tempo.
Metodi utilizzati nella stampa 3D dell'alluminio
Laser Powder Bed Fusion (LPBF) è un metodo per la stampa 3D di alluminio con una finitura superficiale superiore e un'elevata precisione. Il processo inizia fondendo localmente il materiale utilizzando un potente laser, che poi forma uno strato continuo di metallo solidificato. In questa tecnica, il materiale e il supporto della parte vengono generati simultaneamente e, in base alle proprietà della lega a base di alluminio, i parametri di processo possono essere modificati per ottimizzare la porosità, la microstruttura e le proprietà finali del materiale.
La fusione a letto di polvere con fascio di elettroni è un metodo simile a LPBF in cui un fascio di elettroni viene utilizzato per solidificare le polveri metalliche. A causa dell'elevata temperatura di elaborazione del fascio di elettroni, il monostrato della parte stampata in 3D si raffredda gradualmente, risultando in una microstruttura più ruvida rispetto a LPBF.
AlSi10Mg è una lega di alluminio comunemente utilizzata nelle applicazioni industriali in alluminio per la stampa 3D. I suoi vantaggi sono alta resistenza, tenacità, massa dinamica, proprietà termiche migliorate e costruibilità.
AlSi7Mg è un'altra lega di acciaio ad alta resistenza utilizzata nei componenti strutturali dell'industria aerospaziale, della difesa e automobilistica. I principali vantaggi di AlSi7Mg stampato in 3D sono la sua leggerezza, la resistenza alla corrosione e l'elevata capacità di carico dinamico.
Inoltre, alcuni studi hanno dimostrato il successo della stampa di Al6061 e Al7075, che in precedenza erano considerati incompatibili con i metodi di produzione additiva dei metalli.
L'ultima ricerca sulla stampa 3D dell'alluminio
In un recente studio pubblicato sulla rivista Ceramics, i ricercatori in Cina hanno stampato ceramiche Al2O3 legate al fosfato di alluminio utilizzando un metodo di scrittura a inchiostro diretto. La loro scoperta principale è stata che la ceramica Al2O3 mostrava un restringimento dimensionale estremamente basso dovuto all'aggiunta di leganti inorganici.
Una recente ricerca ha esplorato strutture sandwich in alluminio composito stampate in 3D per l'industria aerospaziale. La stampa 3D di strutture sandwich composite può migliorare la sostenibilità e la flessibilità di produzione nel settore aerospaziale.
L'aggiunta di nanomateriali all'alluminio è anche l'ultimo argomento di ricerca nella stampa 3D di metalli. I nanomateriali hanno migliorato le proprietà meccaniche e termiche dell'alluminio stampato in 3D e la fusione di nanoparticelle durante il processo di stampa 3D ha migliorato le prestazioni dell'alluminio stampato in 3D.
Vantaggi della stampa 3D in alluminio
Il vantaggio della stampa 3D in alluminio è che le proprietà meccaniche dell'alluminio possono essere modificate modificando la microstruttura e la distribuzione interna della forza. La ricerca sulla stampa 3D in alluminio ha anche dimostrato risparmi di materiale rispetto ai metodi tradizionali. Le industrie high-tech che utilizzano la produzione additiva di metalli hanno dimostrato una produzione più rapida di parti complesse, una maggiore resistenza del materiale e vantaggi di duttilità rispetto ai metodi tradizionali.
La produzione additiva dell'alluminio consente inoltre la produzione di strutture altamente ottimizzate che altrimenti sarebbero costose, dispendiose in termini di tempo o addirittura impossibili da produrre utilizzando i metodi di produzione tradizionali. Inoltre, le parti in alluminio stampate in 3D possono essere utilizzate con altre parti per creare strutture ibride.
Utilizzando la stampa 3D in alluminio, è anche possibile fabbricare parti strutturali con proprietà di assorbimento dell'energia e proprietà di rinforzo interno. Inoltre, le sollecitazioni residue indesiderate generate nelle applicazioni strutturali possono essere convertite in precompressi favorevoli.
Sfide e portata futura della stampa 3D in alluminio
Rimangono sfide significative nella stampa 3D in alluminio per una varietà di applicazioni industriali. In alcuni casi, la stampa 3D dell'alluminio è più costosa rispetto ai metodi di produzione tradizionali. Nella stampa 3D in metallo, i metodi di progettazione esistenti devono essere modificati per adattarsi ai cambiamenti nelle proprietà dei materiali e nelle geometrie variabili.
La tecnologia di produzione additiva dei metalli deve essere più standardizzata e devono essere implementate nuove procedure di garanzia della qualità per garantire che le parti prodotte siano affidabili durante il loro ciclo di vita. Finché queste sfide tecniche e industriali vengono affrontate, la stampa 3D in alluminio ha un grande potenziale per applicazioni in vari settori.