Il team utilizza la stampa 3D per rafforzare un materiale chiave nel settore aerospaziale, l'energia

22 maggio 2023

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di Elizabeth A. Thomson, Massachusetts Institute of Technology

I materiali chiave per molte importanti applicazioni nel settore aerospaziale e nella produzione di energia devono essere in grado di resistere a condizioni estreme come temperature elevate e sollecitazioni di trazione senza cedere. Ora un team di ingegneri guidati dal MIT presenta un modo semplice ed economico per rafforzare uno dei materiali chiave utilizzati oggi in tali applicazioni.

Inoltre, il team ritiene che il loro approccio generale, che prevede la stampa 3D di una polvere metallica rinforzata con nanofili ceramici, potrebbe essere utilizzato per migliorare molti altri materiali. "C'è sempre una significativa necessità di sviluppare materiali più adatti per ambienti estremi. Crediamo che questo metodo abbia un grande potenziale per altri materiali in futuro", afferma Ju Li, professore di ingegneria nucleare della Battelle Energy Alliance e professore di ingegneria nucleare. Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali del MIT (DMSE).

Li, che è anche affiliato al Materials Research Laboratory (MRL), è uno dei tre autori corrispondenti di un articolo sul lavoro apparso nel numero del 5 aprile di Additive Manufacturing. Gli altri autori corrispondenti sono il professor Wen Chen dell'Università del Massachusetts ad Amherst e il professor A. John Hart del Dipartimento di ingegneria meccanica del MIT.

L'approccio del team inizia con Inconel 718, una popolare "superlega", o metallo in grado di resistere a condizioni estreme come temperature di 700°C (circa 1.300°F). Macinano polveri commerciali di Inconel 718 con una piccola quantità di nanofili ceramici, ottenendo "la decorazione omogenea delle nano-ceramiche sulle superfici delle particelle di Inconel", scrive il team.

La polvere risultante viene quindi utilizzata per creare parti tramite fusione laser a letto di polvere, una forma di stampa 3D. Questo processo prevede la stampa di sottili strati di polvere, ciascuno esposto a un laser che si muove attraverso la polvere, sciogliendola secondo uno schema specifico. Quindi viene steso un altro strato di polvere sulla parte superiore e il processo si ripete con il laser che si muove per fondere il motivo del nuovo strato e unirlo allo strato sottostante. Il processo complessivo può produrre parti 3D complicate.

I ricercatori hanno scoperto che le parti realizzate in questo modo con la loro nuova polvere hanno una porosità significativamente inferiore e meno crepe rispetto alle parti realizzate solo con Inconel 718. E questo, a sua volta, porta a parti significativamente più resistenti che presentano anche una serie di altri vantaggi. Ad esempio, sono più duttili – o estensibili – e hanno una resistenza molto migliore alle radiazioni e ai carichi ad alta temperatura.

Inoltre, il processo in sé non è costoso perché "funziona con le macchine da stampa 3D esistenti. Basta usare la nostra polvere e otterrai prestazioni molto migliori", afferma Li.