1 Forza e tenacità alle alte temperature
Nell'industria aerospaziale, le prestazioni dei materiali vengono valutate principalmente in termini di resistenza e tenacità in situazioni di alte temperature. Per la stampa 3D in metallo, i materiali ad alta temperatura devono essere in grado di sostenere sufficiente resistenza e tenacità anche a temperature molto elevate, superiori a 1000 gradi C. Oltre all’elevato punto di fusione della sostanza stessa, ciò richiede una struttura cristallina e una microstruttura stabili. ad alte temperature per prevenire guasti causati da deformazione termica o fatica termica.
Ad esempio, il settore aerospaziale ha ampiamente utilizzato le leghe ad alta temperatura a base di nichel, tra cui In625 e In718, a causa della loro eccezionale resistenza e tenacità alle alte temperature. Utilizzando la tecnologia di stampa 3D dei metalli, queste leghe possono essere prodotte componenti con geometrie complesse, come le pale delle turbine dei motori e le camere di combustione, che funzionano a temperature enormi e richiedono materiali con ottime prestazioni alle alte temperature.
2 Resistenza all'ossidazione e alla corrosione
La reazione tra i materiali e l'ossigeno accelera alle alte temperature, causando ossidazione e corrosione. Per allungare così la durata dei componenti, i materiali ad alta temperatura per la stampa 3D in metallo devono possedere una grande resistenza all’ossidazione e alla corrosione. Il materiale deve sviluppare una pellicola di ossido stabile alle alte temperature per impedire all'ossigeno di corrodere ulteriormente il materiale del substrato e quindi migliorare le prestazioni antiossidanti. I materiali resistenti alla corrosione devono mantenere buone prestazioni in condizioni difficili, tra cui alta temperatura, grande pressione e fluidi corrosivi.
L’utilizzo della tecnologia di stampa 3D in metallo consente di ottimizzare la microstruttura dei materiali spesso utilizzati nel settore aerospaziale, come le leghe di titanio e l’acciaio inossidabile, e di migliorarne la resistenza all’ossidazione e alla corrosione. Ad esempio, l'ottima resistenza alla temperatura e alla corrosione della lega di titanio la rende piuttosto comune nel settore aeronautico. Costruzioni più sofisticate e complicate rese possibili dalle tecnologie di stampa 3D aiutano ad aumentare la resistenza alla corrosione dei componenti.
3 Coefficiente di dilatazione termica e stabilità
Una buona stabilità termica è un altro requisito per i materiali ad alta temperatura per la stampa 3D in metallo; cioè, le prestazioni del materiale non varieranno molto nel tempo alle alte temperature. Per evitare la perdita di prestazioni causata dall'invecchiamento termico, ciò richiede che il materiale abbia una struttura cristallina e una composizione chimica stabili alle alte temperature. Poiché influenza direttamente la stabilità dimensionale e la precisione di assemblaggio dei componenti alle alte temperature, anche il coefficiente di dilatazione termica del materiale è una questione cruciale.
In questo senso, le leghe ad alta temperatura a base di nichel e ferro hanno un discreto successo. Alle alte temperature presentano non solo un basso coefficiente di dilatazione termica ma anche un'elevata stabilità termica, garantendo così la stabilità dimensionale e la correttezza di assemblaggio dei componenti in tali ambienti. Queste caratteristiche rendono le leghe ad alta temperatura a base di ferro e nichel la scelta ideale per la stampa 3D di materiali metallici ad alta temperatura nel settore aerospaziale.
4 Esigenze di post-elaborazione e movimentazione dei materiali
Sebbene la tecnologia di stampa 3D in metallo offra una grande libertà di progettazione, è comunque necessario tenere conto delle prestazioni di lavorazione e delle esigenze di post-elaborazione dei materiali durante la lavorazione di materiali ad alta temperatura. Gli elevati punti di fusione e la scarsa fluidità dei materiali ad alta temperatura richiedono standard elevati per le macchine da stampa e i parametri di processo. Pertanto, la fluidità superiore della polvere, le proprietà di fusione e solidificazione, nonché l’evoluzione prevedibile della microstruttura, sono requisiti per la stampa 3D di materiali metallici ad alta temperatura.
Inoltre, sono presenti esigenze di post-elaborazione piuttosto sostanziali per i materiali ad alta temperatura nella stampa 3D in metallo. Sono necessarie tecniche appropriate di trattamento termico per rimuovere lo stress residuo, massimizzare la microstruttura e aumentare le prestazioni poiché i materiali ad alta temperatura sono sensibili alla deformazione termica e alla fessurazione alle alte temperature. Per i componenti con forme geometriche complesse, nel frattempo, anche il trattamento superficiale e i metodi di lavorazione di precisione aiutano a soddisfare i criteri di progettazione.
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