I ricercatori di PolyU sviluppano la lega di Ti tramite la produzione additiva DED

Dec 30, 2023

31 luglio 2023

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Scienziati di ingegneria dell’Università Politecnica di Hong Kong (PolyU), in collaborazione con l’Università RMIT e l’Università di Sydney, hanno utilizzato la produzione additiva per affrontare le sfide di qualità e gestione dei rifiuti affrontate nella produzione di leghe di titanio. Il loro studio di ricerca, intitolato “Leghe di titanio-ossigeno-ferro forti e duttili mediante produzione additiva”, è stato recentemente pubblicato su Nature.

Il team di ricerca ha utilizzato la produzione additiva per creare una lega nuova, resistente, duttile e sostenibile, la lega α–β Ti-O-Fe. Queste proprietà si ottengono incorporando ossigeno e ferro economici e abbondanti, che sono i due più potenti elementi stabilizzanti e rinforzanti per le leghe di titanio in fase α–β. Questa nuova lega di titanio presenta potenzialità per diverse applicazioni come l’ingegneria aerospaziale e navale, l’elettronica di consumo e i dispositivi biomedici.

Gli autori hanno affermato: “In termini di selezione del processo AM, abbiamo scelto la Directed Energy Deposition (DED) di polvere metallica laser, che, aiutata da simulazioni ad alta fedeltà, consente la fabbricazione di componenti su larga scala a forma di rete con un aspetto coerente microstruttura”.

Secondo i rapporti, la nuova lega di titanio mostra migliori prestazioni meccaniche, maggiore resistenza e duttilità paragonabili al materiale di riferimento ampiamente utilizzato Ti-6AI-4V, formulato nel 1954.

Sebbene i metodi di produzione tradizionali, come la fusione, possano essere utilizzati per produrre la nuova lega di titanio, il materiale risultante potrebbe avere proprietà scadenti che lo rendono inadatto all’ingegneria pratica. La produzione additiva, invece, supera queste limitazioni associate ai metodi di produzione tradizionali e migliora le proprietà della lega.

Il processo Kroll, tipicamente utilizzato per produrre leghe di titanio, è ad alta intensità energetica e genera titanio spugnoso di qualità inferiore. Questo prodotto di scarto rappresenta circa il 10% di tutta la spugna di titanio e comporta notevoli sprechi e un aumento dei costi di produzione. Tuttavia, la produzione additiva fornisce una soluzione efficace consentendo il riciclaggio del titanio spugnoso di qualità inferiore. Questa tecnologia converte i rifiuti in polvere da utilizzare come materia prima, riducendo così gli scarti e i costi di produzione.

Il dottor Zibin Chen, ha dichiarato: “Il nostro lavoro può facilitare il riciclaggio di oltre il 10% dei rifiuti generati dall’industria di produzione delle leghe metalliche. Ciò può ridurre significativamente sia i costi dei materiali che quelli energetici per le industrie, contribuendo alla sostenibilità ambientale e alla riduzione dell’impronta di carbonio”.

La ricerca integra progettazione della lega, simulazioni computazionali e caratterizzazione sperimentale per esplorare lo spazio delle proprietà, microstruttura e processo di produzione additiva per la nuova lega di titanio (lega α–β Ti-O-Fe).

Lo studio evidenzia che la produzione additiva consente la produzione in un’unica fase di parti metalliche complesse e funzionali, accelerando lo sviluppo del prodotto e riducendo i costi. Inoltre, questa tecnologia può fabbricare parti metalliche con strutture e composizioni uniche che i metodi tradizionali non possono ottenere.

La produzione additiva consente di modificare la microstruttura delle leghe metalliche, migliorandone la resistenza, la flessibilità e la resistenza alla corrosione e all'acqua. Inoltre, consente la creazione di parti metalliche leggere ma resistenti con motivi complessi. Questa svolta nella ricerca può presentare nuove opportunità per strategie di progettazione dei materiali sostenibili e olistiche, facilitate dalla produzione additiva.

Il professor Keith KC Chan ha concluso: “Questo lavoro può servire da modello o punto di riferimento per altre leghe metalliche che utilizzano la stampa 3D per migliorare le loro proprietà ed espandere la loro applicabilità. La stampa 3D in metallo è un campo emergente e ci vorrà del tempo prima che venga ampiamente adottata nella produzione di materiali”.

www.polyu.edu.hk

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