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Aug 26, 2023

Una finestra di opportunità per accelerare lo sviluppo di leghe per la produzione additiva

Tutte le immagini Fonte: le tecnologie di produzione additiva (AM) di Bigstock presentano una serie di vantaggi, tra cui strutture leggere (reticoli, superfici minime triplamente periodiche e altri elementi organici

Tutte le immagini Fonte: Bigstock

Le tecnologie di produzione additiva (AM) presentano una serie di vantaggi tra cui strutture leggere (reticoli, superfici minime triplamente periodiche e altre forme organiche), consolidamento delle parti, limitazione della necessità di attrezzature e riduzione dei tempi di consegna. Questi vantaggi possono contribuire ad aumentare la produttività, la resa e i costi della produzione. Per questi motivi, l’AM è stata presa in considerazione per una varietà di applicazioni nel settore aeronautico, automobilistico, medico, energetico, spaziale e della difesa. L’AM ha anche messo in discussione il modo in cui le tecnologie di produzione vengono utilizzate in modo selettivo. L'AM ha dimostrato notevoli meriti nel supportare test rapidi e valutazione di nuovi concetti di progettazione e lo sviluppo del prodotto è stato realizzato per la produzione di apparecchiature di prova, maschere, dispositivi e parti di prova. L’AM offre anche la possibilità di incidere sul costo del ciclo di vita del prodotto come tecnologia di riparazione.

La maggior parte dello sviluppo di prodotti per la produzione additiva in metallo negli ultimi dieci anni si è concentrato su leghe legacy storicamente sviluppate per applicazioni di fusione o forgiatura. Nella storia recente, la comunità AM ha iniziato a riferirsi informalmente a questi materiali come alla prima generazione di materiali AM. Negli ultimi sette anni sono stati compiuti sforzi mirati a esplorare e promuovere il miglioramento delle prestazioni dei materiali modificando le caratteristiche fisiche e chimiche delle materie prime. Questi possono includere la modifica di aggiunte selezionate di lega (al limite inferiore o superiore dell'intervallo di concentrazione degli elementi di lega specificati) o aggiustamenti alla distribuzione delle dimensioni delle particelle del materiale nel caso di metalli in polvere e sono indicati come materiali di seconda generazione per l'AM. La terza generazione è costituita da leghe sviluppate utilizzando l'AM come metodo di produzione principale che possono presentare composizioni chimiche sostanzialmente diverse da quelle disponibili in commercio.

Brandon Ribic, direttore tecnologico di America Makes, parla dell'attuale sviluppo delle leghe per la produzione additiva, di cosa possono aspettarsi i produttori nei prossimi anni e dell'importanza della condivisione dei dati.

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La modifica di leghe preesistenti o lo sviluppo di leghe completamente nuove per l’AM offrono un’ampia gamma di potenziali vantaggi, tra cui migliori prestazioni del prodotto, aumento della resa e della produttività e riduzione dei costi di post-lavorazione. Nonostante questi vantaggi, lo sviluppo e la qualificazione delle leghe attraverso gli approcci affidabili esistenti possono incontrare rischi e sfide in cui i costi e i tempi di commercializzazione possono mettere a repentaglio l’adozione all’interno della distinta base di produzione o il rispetto dei criteri di ritorno sull’investimento. In molti casi, gli sforzi di ricerca e sviluppo dovranno affrontare direttamente queste sfide per ampliare e fornire soluzioni materiali praticabili. La comunità AM deve riconoscere questi rischi per limitare le conseguenze sulle tempistiche di sviluppo e aumentare la probabilità di successo per gli sforzi futuri.

Esistono opportunità per lo sviluppo e la validazione di nuovi strumenti, tecniche e metodi per accelerare lo sviluppo di leghe per i processi di produzione additiva. Si prevede che l’attivazione di mezzi più rapidi ed economici per qualificare e certificare le leghe migliorerà la competitività della produzione nazionale e favorirà una più ampia industrializzazione dei materiali per la produzione additiva e della progettazione di prodotti per settori quali la difesa, l’aerospaziale, la medicina, l’automotive, l’energia e il nucleare.

America Makes discute le opportunità di sviluppo delle leghe con la catena di fornitura AM nazionale dall’inizio del 2021 e ha raccolto approfondimenti da oltre 100 organizzazioni. Una considerazione vitale per qualsiasi sforzo di sviluppo materiale è iniziare con la fine del viaggio in mente. Detto questo, lo sviluppo delle leghe è spesso motivato dal desiderio di realizzare miglioramenti specifici del prodotto, tra cui:

L’aumento delle caratteristiche chimiche e fisiche delle materie prime metalliche può influenzare la capacità di un processo AM di produrre prontamente e ripetibilmente determinate geometrie. Inoltre, queste caratteristiche possono avere effetti non intenzionali significativi sulla microstruttura del materiale e sulle proprietà meccaniche. Riconoscendo questi rischi, è importante includere vari approcci graduali per valutare come le caratteristiche delle materie prime influenzano la qualità del materiale sia nella forma provvisoria che in quella finale. La densità e la microstruttura del materiale possono avere un'influenza significativa sull'ispezione, sulla tolleranza ai danni e sulla certificazione. La composizione chimica e le caratteristiche fisiche possono anche portare a difetti che determinano una qualità del materiale inaccettabile. Gli sforzi di sviluppo devono considerare questi fattori in quanto potrebbero causare fessurazioni o altre discontinuità.