Gli scienziati di Hong Kong sviluppano la stampa 3D in miniatura per creare leghe di titanio super resistenti
Uno studio condotto da scienziati della City University di Hong Kong ha utilizzato la produzione additiva (comunemente chiamata stampa 3D) per sviluppare con successo una lega a base di titanio super resistente, ad alta duttilità e super leggera. La loro scoperta ha aperto un nuovo modo di progettare leghe con strutture e proprietà senza precedenti per varie applicazioni strutturali.
Stampa 3D: più di una semplice tecnologia di stampaggio
La maggior parte delle persone pensa che la stampa 3D sia una tecnologia rivoluzionaria in grado di produrre parti di macchine dalla forma complessa in un unico passaggio. "Tuttavia, abbiamo rivelato il suo importante potenziale nella progettazione di materiali, piuttosto che semplicemente nella progettazione di figure geometriche. I metallurgisti tendono a credere che la mancanza di uniformità nella composizione della lega sia indesiderabile perché può portare a proprietà indesiderabili come la fragilità. Nel processo di produzione additiva , come eliminare le irregolarità nel processo di raffreddamento rapido è una delle questioni chiave.
Progetta una microstruttura unica
"Le caratteristiche uniche della produzione additiva ci forniscono una maggiore libertà nella progettazione di microstrutture", ha spiegato il dottor Zhang, che è anche il primo autore di questo articolo. “In particolare, abbiamo sviluppato un metodo di omogeneizzazione parziale che utilizza la tecnologia di stampa 3D per produrre leghe con gradienti di concentrazione a livello di micron, che non possono essere ottenuti con nessun metodo tradizionale di produzione dei materiali”.
Il metodo proposto prevede l'uso di un raggio laser focalizzato per fondere e mescolare due diverse polveri di leghe e polveri di acciaio inossidabile. Controllando parametri come la potenza del laser e la velocità di scansione durante il processo di stampa 3D, il team è riuscito a creare una composizione non uniforme di elementi nella nuova lega in modo controllato.
(Mappa di orientamento dei grani stampata in 3D della lega di titanio)
Il professor Liu ha dichiarato: Oltre all’uso della produzione additiva, la composizione delle due miscele di polveri è un’altra chiave per creare una microstruttura simile alla lava altamente metastabile senza precedenti nella nuova lega. Queste microstrutture uniche apportano le più elevate proprietà meccaniche, rendendo la lega molto resistente e leggera. I risultati sperimentali mostrano che la nuova lega di titanio ha eccellenti proprietà meccaniche.
Nuova lega: 40% più leggera, super resistente
In generale, la massa dell'acciaio inossidabile è di 7,9 grammi per centimetro cubo, mentre la massa della nuova lega è di soli 4,5 grammi per centimetro cubo, ovvero circa il 40% più leggera. Nei loro esperimenti, la lega di titanio con una struttura simile alla lava ha mostrato un'elevata resistenza alla trazione di ~1,3 gigapascal, con un allungamento uniforme di circa il 9%. Ha anche un'eccellente capacità di incrudimento di oltre 300 MPa, che garantisce un enorme margine di sicurezza prima della frattura, molto utile nelle applicazioni strutturali.
Queste eccellenti proprietà hanno buone prospettive di applicazione strutturale in varie situazioni, come l'industria aerospaziale, automobilistica, chimica e medica. Essendo il primo team a utilizzare la tecnologia di stampa 3D per sviluppare una nuova lega con una microstruttura e proprietà uniche, applicheremo ulteriormente questo concetto di design a diversi sistemi di leghe ed esploreremo ulteriormente altre proprietà della nuova lega.
