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Scienziati con successo con stampa 3D in acciaio inossidabile per 3 volte

Stampa 3D la tecnologia è già diffusa in tutto il mondo, ma attualmente la migliore combinazione di questa tecnologia è costituita da materiali plastici e in schiuma di acciaio, ma questi materiali non sono abbastanza resistenti per soddisfare i requisiti delle applicazioni di base del materiale. Ora i ricercatori hanno sviluppato una tecnologia in acciaio inossidabile resistente e flessibile per la stampa 3D che può portare a metodi più veloci ed economici di produzione di qualsiasi cosa, dai motori a razzo, al reattore nucleare e al prodotto di componenti per equipaggiamenti pozzi.

L'acciaio inossidabile è stato inventato 150 anni fa ed è ancora oggi popolare. È fatto fondendo una struttura in acciaio tradizionale - una miscela di ferro e carbonio (a volte anche altri metalli come il nichel), oltre a cromo e molibdeno per prevenire ruggine e corrosione. Nel processo di produzione dell'acciaio inossidabile, una serie di passaggi complicati di raffreddamento, riscaldamento e laminazione rendono la microstruttura del materiale strettamente organizzata, ovvero le particelle di lega formano una struttura simile a una cellula con le particelle. Quando il metallo viene piegato o pressato, gli strati atomici delle particelle scivolano uno contro l'altro, a volte formando difetti cristallini, causando la generazione di crepe. Ma i limiti dei grani solidi prevengono questi difetti, rendono il materiale duro e ancora abbastanza flessibile da formare una forma desiderata.

Per molto tempo, Stampa 3D i ricercatori hanno cercato di copiare questa struttura. Il loro piano è iniziato con uno strato di particelle di lega metallica spalmato su una superficie piana.

In questo studio, un raggio laser ad alte prestazioni controllato da computer scansiona avanti e indietro sulla superficie. Le particelle colpite dal laser si fondono e si fondono insieme. Questa superficie è stata quindi spostata verso il basso, seguita dall'aggiunta di un altro strato di polvere, dopo di che il processo di riscaldamento laser è stato ripetuto nuovamente, aderendo al materiale appena fuso allo strato sottostante. Ripetendo questa aggiunta strato per strato, gli ingegneri possono realizzare strutture complesse, come i motori a razzo.

Tuttavia, il problema persiste: a livello microscopico, gli acciai inossidabili stampati in 3D sono generalmente molto porosi, il che li rende anche fragili e soggetti a rotture.

"Le prestazioni di questi acciai sono molto scarse". Yinmin "Morris" Wang afferma di essere uno scienziato del Lawrence Livermore National Laboratory in California. Diversi anni fa, Wang e i suoi colleghi hanno proposto un metodo di utilizzo del laser e una tecnica di raffreddamento rapido per fondere le particelle di lega metallica in una struttura densa e compatta.

Oggi estendono questo lavoro progettando un programma controllato da computer che non solo rende densi strati di acciaio inossidabile, ma controlla anche la struttura di questi materiali in modo più rigoroso, dalla nanoscala al micrometro. Ciò consente alle stampanti 3D di costruire strutture minuscole di pareti cellulari su ogni scala, evitando fessurazioni e altri problemi comuni.

I test hanno dimostrato che, in determinate condizioni, l'acciaio inossidabile stampato in 3D finale è tre volte più duro e più duttile dell'acciaio inossidabile prodotto dai processi convenzionali.

La ricerca è stata pubblicata su Nature - Materials il 30 ottobre.
"Quello che hanno fatto è stato davvero emozionante", ha detto Rahul Panat, ingegnere meccanico presso la Carnegie Mellon University di Pittsburgh, Pennsylvania. Inoltre, Panat ha sottolineato che Wang e i suoi colleghi hanno fatto il lavoro utilizzando una stampante 3D e un dispositivo laser disponibili in commercio. Ciò rende molto probabile che altri gruppi di ricerca seguiranno rapidamente la situazione, creando un'ampia gamma di componenti in acciaio inossidabile ad alta resistenza, dal serbatoio dell'aeromobile al tubo di pressione nella centrale nucleare. Allo stesso tempo, può anche aumentare l'entusiasmo delle persone per la stampa 3D.

Stampa 3D
è una tecnologia di prototipazione rapida che costruisce oggetti mediante la stampa strato per strato basata su file di modelli digitali utilizzando materiali leganti come metallo in polvere o plastica. La stampa 3D viene solitamente eseguita utilizzando una stampante di materiali con tecnologia digitale. Viene spesso utilizzato nella costruzione di stampi, nella progettazione industriale e in altri campi per realizzare modelli. Viene utilizzato per la produzione diretta di alcuni prodotti. Ci sono già parti stampate con questa tecnologia. La tecnologia ha applicazioni in settori come gioielli, calzature, design industriale, costruzioni, ingegneria e costruzioni, automotive, aerospaziale, odontoiatria e sanità, istruzione, GIS, ingegneria civile, armi da fuoco e molti altri.