1. La situazione attuale per quanto riguarda la resistenza del metallo nella stampa 3D
La polvere metallica viene fusa strato dopo strato e indurita per creare la forma richiesta durante la stampa 3D. Tuttavia, il complicato gradiente di temperatura, il raffreddamento rapido e le proprietà di impilamento strato per strato durante il processo di stampa fanno sì che la microstruttura interna dei metalli vari rispetto a quella ottenuta con le tecniche convenzionali di fusione o forgiatura. La forma dei grani, la distribuzione di fase e i difetti microscopici, che influenzano le prestazioni e la resistenza del metallo stampato in 3D, riflettono in particolare queste variazioni.
La resistenza e la duttilità dei materiali metallici sono state a lungo sacrificate; un'elevata resistenza solitamente deriva da una bassa duttilità e viceversa. Ma nel campo della stampa 3D, questo compromesso è diventato sempre più complicato. Sebbene la stampa 3D offra innumerevoli opportunità per ottimizzare la progettazione producendo parti metalliche con forme geometriche e microstrutture complesse, la sua resistenza e le sue prestazioni sono talvolta difficili da raggiungere il livello dei processi convenzionali a causa dei diversi microdifetti e della disomogeneità dei grani introdotti durante il processo di stampa.
2.Tecniche per aumentare la resistenza del metallo stampato in 3D
I ricercatori hanno seguito diversi approcci per aumentare la resistenza dei metalli stampati in 3D.
ottimizzazione del design della lega: la microstruttura e le caratteristiche del metallo possono essere modificate notevolmente variando la composizione della lega. Per le leghe di titanio, ad esempio, l'utilizzo del molibdeno (Mo), può contribuire ad aumentare la stabilità di fase e l'uniformità di resistenza e duttilità. Utilizzando un design in lega a doppia funzione, un team combinato composto dall’Università tecnica della Danimarca, dall’Università di Chongqing e dall’Università del Queensland ha ottenuto una lega di titanio stampata in 3D con super omogeneità, elevata resistenza e duttilità. La sua duttilità è del 26%; il suo limite di snervamento è di 926MPa.
Metodo di controllo: processo La microstruttura e le qualità dei metalli sono fortemente influenzate dai parametri stabiliti durante il processo di stampa, tra cui potenza del laser, velocità di scansione, spessore dello strato, ecc. I microdifetti possono essere ridotti al minimo e la resistenza e le qualità del metallo migliorate ottimizzando questi fattori.
Modifica della microstruttura dei grani e rafforzamento dei bordi dei grani fini La resistenza e la durezza dei metalli possono essere aumentate migliorando la forma e la forma dei grani. L’uso di onde ultrasoniche ad alta intensità, la regolazione delle impostazioni di elaborazione o l’aggiunta di eterostrutture, ad esempio, potrebbero aiutare lo sviluppo di cristalli equiassici, riducendo così lo sviluppo di grani colonnari e quindi il rafforzamento e la duttilità dei metalli stampati in 3D.
dopo la lavorazione: dopo la stampa, il trattamento termico può aiutare la microstruttura e le qualità dei metalli a migliorare notevolmente. Tuttavia, va detto che un'attenta scelta dei parametri del trattamento termico è essenziale poiché il trattamento termico può portare nuovi microdifetti o modificare la microstruttura originale.
3.piuttosto che caso di studio tridimensionale sulla resistenza del metallo
Elevata resistenza e duttilità delle leghe di titanio: l’aggiunta di elementi di molibdeno ha prodotto leghe di titanio stampate in 3D estremamente omogenee, ad alta resistenza e duttili, come precedentemente menzionato da un team combinato di università australiane, tra cui l’Università del Queensland. Oltre alle sue grandi qualità meccaniche, questa lega di titanio ha una buona capacità di incrudimento, che apre le porte all'utilizzo in settori esclusivi, incluso quello aerospaziale.
Il team di cooperazione dell'Istituto dei metalli dell'Accademia cinese delle scienze e dell'Università della California, Berkeley, negli Stati Uniti, ha sviluppato una lega Ti-6Al-4V quasi priva di pori, inventando un nuovo processo NAMP di regolazione passo-passo dei difetti e dei tessuti, con elevata resistenza alla fatica. Tra tutti i dati registrati sulla fatica del materiale, la resistenza alla fatica a trazione e trazione di questa lega raggiunge i 978 MPa, la resistenza a fatica specifica più elevata. Questo successo mostra gli speciali vantaggi della tecnologia di stampa 3D nella produzione resistente alla fatica e cambia la naturale conoscenza delle persone riguardo alle basse prestazioni dei materiali di stampa 3D.
Un gruppo di ricerca della Purdue University ha creato una lega di alluminio ad altissima resistenza adatta alla stampa 3D. Integrando metalli di transizione come cobalto, ferro, nichel e titanio nell'alluminio per generare composti intermetallici deformabili su scala nanometrica, multistrato e stratificati, hanno creato un nuovo tipo di lega di alluminio che combina grande resistenza e buona capacità di deformazione plastica. La resistenza di questa lega di alluminio supera i 900 MPa, creando così grandi opportunità per l'utilizzo di leghe di alluminio ad alta resistenza in diversi settori.
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