Una stampante 3D che stampa metalli per la NASA

Pietro Meloni Stampa 3D 0 Comments

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Il centro NASA Marshall Space Flight Center di Huntsville in Alabama, ha stampato in 3D delle parti di un motore a razzo in una lega di Nichel, utilizzando una tecnica di fabbricazione chiamata SLM (Selective Laser Molding). Questi componenti verranno utilizzati nel motore J-2x per il più grande razzo mai costruito, noto come Space Launch System. La stampa 3D è divenuta assai popolare per la fabbricazione di parti in plastica, ma per utilizzare metalli richiede attrezzature decisamente più sofisticate.

La tecnologia SLM è l’evoluzione di un vecchio metodo noto come sinterizzazione laser selettiva, o SLS. Nel processo di sinterizzazione tradizionale, il modello viene prima stampato con polveri ceramiche o metalliche, e pressato nella forma desiderata. L’oggetto “verde“, come viene chiamato a questo punto, viene quindi portato ad elevata temperatura in un forno per legare le particelle.
Il forno è stato in seguito sostituito con un laser che fornisce una maggiore precisione ed elimina la necessità di gestire la fragilità della parte pressata prima della cottura. Poiché la completa fusione della polvere distruggerebbe il modello e non è quindi possibile effettuarla, i pezzi sinterizzati non non hanno le stesse proprietà di quelli stampati o lavorati per asportazione, e risultano in particolare più fragili, ma mantengono caratteristiche desiderabili come la durezza, la resistenza alla corrosione e alla temperatura. Molti oggetti di uso relativamente comune sono ottenuti tramite sinterizzazione: ad esempio, gli utensili nel cosiddetto “metallo duro” (Widia – Carburo di Tungsteno etc.).

Successivamente si è scoperto che la piena fusione di particelle di metallo in polvere potrebbe essere ottenuta mediante una tecnica chiamata fascio elettronico di fusione, o EBM (Electronic Beam Molding). Poiché gli elettroni tendono a disperdere molecole gassose, perché questo processo funzioni sono necessarie costose e scomode camere a vuoto. Nel momento in cui si sono resi disponibili sistemi laser più convenienti, con maggiore potenza, più accurati e controllabili attraverso ottiche con una migliore precisione di messa a fuoco, è nata la tecnologia SLM. Come per l’EBM, il materiale in polvere viene completamente fuso, ma il laser SLM non richiede un funzionamento a vuoto. E’ semplicemente necessaria un’atmosfera inerte di argon o azoto nella zona per evitare l’ossidazione.

Questo collettore J-2x non avrebbe potuto venire fresato su una macchina a controllo numerico, sia per l’inaccessibilità di varie superfici interne, sia perché le forze necessarie per rimuovere il metallo avrebbero distrutto il modello, particolarmente sottile, prima che venisse finito. Prima dell’avvento della tecnologia SLM, avrebbe dovuto essere fabbricato tramite saldatura di diversi elementi stampati in lamiera. Tuttavia, sia lo stampaggio sia la saldatura determinano zone con una resistenza allo stress non uniforme, rendendo meno prevedibili le eventualità di guasti. Con una realizzazione manuale con tecniche tradizionali sarebbe stato impossibile garantire le tolleranze richieste. Si sarebbe quindi dovuto ricorrere a stampi e macchine di saldatura robotizzata, con un processo che richiede molto tempo di preparazione e configurazione, inadatto per produrre soltanto poche parti.
E’ interessante notare che molti detrattori dei metodi di prototipazione “additiva” sostengono l’inutilità di creare prototipi di parti che, a causa della loro forma (es. sottosquadri) non potrebbero poi venire prodotte con sistemi industriali standard.
Questo caso – la necessità di costruire un numero limitato di parti per una applicazione speciale – proprio per l’incompatibilità tra il modello e le tecniche costruttive tradizionali evidenzia che in alcuni casi la tecnologia additiva consente una progettazione svincolata dai limiti delle tecniche di produzione comuni.

Crediti: John Hewitt

 

 

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