Produzione di polveri metalliche e stampa 3D

La stampa 3D, nota anche come produzione additiva, è un processo di costruzione di oggetti mediante la sovrapposizione di materiali strato dopo strato. Questa tecnologia ha trovato ampia applicazione in molti settori, tra cui l'aviazione, il medicale, l'industria automobilistica e la produzione di gioielli. In queste applicazioni, la polvere metallica è uno dei materiali principali per la stampa 3D.

Essendo l'anello più importante della catena industriale della stampa 3D di parti metalliche, la polvere metallica per la stampa 3D rappresenta anche il componente di maggior valore. Alla "Conferenza mondiale sulla tecnologia e l'industria della stampa 3D del 2013", esperti di fama mondiale del settore della stampa 3D hanno fornito una definizione chiara della polvere metallica per la stampa 3D, intendendola come un insieme di particelle metalliche con dimensioni inferiori a 1 mm. Include polveri di metallo singolo, polveri di lega e alcune polveri di composti refrattari con proprietà metalliche. Attualmente, i materiali in polvere metallica per la stampa 3D includono leghe di cobalto-cromo, acciaio inossidabile, acciaio industriale, leghe di bronzo, leghe di titanio e leghe di nichel-alluminio. Tuttavia, oltre ad avere una buona plasticità, la polvere metallica per la stampa 3D deve anche soddisfare i requisiti di una granulometria fine, di una distribuzione granulometrica ristretta, di un'elevata sfericità, di una buona scorrevolezza e di un'elevata densità apparente.

A causa delle diverse applicazioni e dei requisiti dei successivi processi di formatura, anche i metodi di preparazione delle polveri metalliche sono differenti. In base al processo di preparazione, esistono principalmente due metodi: metodi fisici e chimici e metodi meccanici. Nell'industria della metallurgia delle polveri, sono ampiamente utilizzati metodi di preparazione come l'elettrolisi, la riduzione e l'atomizzazione, ma va osservato che sia l'elettrolisi sia la riduzione presentano alcune limitazioni e non sono adatte alla preparazione di polveri di lega. Attualmente, le polveri metalliche per la produzione additiva sono principalmente concentrate in materiali come leghe di titanio, leghe per alte temperature, leghe di cobalto-cromo, acciai ad alta resistenza e acciai per stampi. Per soddisfare i requisiti delle apparecchiature e dei processi di produzione additiva, le polveri metalliche devono avere caratteristiche quali un basso contenuto di ossigeno e azoto, una buona sfericità, un intervallo ristretto di distribuzione granulometrica e un'elevata densità apparente. Il metodo dell'elettrodo rotante al plasma (PREP), il metodo di atomizzazione al plasma (PA), il metodo di atomizzazione con gas (GA) e il metodo di sferoidizzazione al plasma (PS) sono i principali metodi di preparazione delle polveri metalliche per la produzione additiva. Tutti e quattro possono produrre polveri metalliche sferiche o quasi sferiche.

Il processo di produzione delle polveri metalliche per la stampa 3D comprende solitamente le seguenti fasi:
Selezione dei materiali:

Innanzitutto, si seleziona la polvere metallica per la stampa 3D. Le polveri metalliche comunemente utilizzate includono acciaio inossidabile, leghe di titanio, leghe di alluminio e leghe a base di nichel. Queste polveri metalliche sono caratterizzate da elevata resistenza, resistenza alla corrosione e prestazioni alle alte temperature, e sono adatte a diverse applicazioni.

Preparazione della polvere:
Le polveri metalliche possono essere preparate mediante diversi metodi, come atomizzazione, elettrolisi, reazioni chimiche e frantumazione meccanica. Questi metodi possono trasformare le materie prime metalliche in minuscole particelle di polvere da utilizzare nelle stampanti 3D. Lavorazione della polvere: prima di utilizzare le polveri metalliche per la stampa 3D, è necessaria una certa lavorazione, come setacciatura, miscelazione ed essiccazione. Queste operazioni garantiscono che la granulometria e la composizione chimica della polvere soddisfino i requisiti di stampa e migliorano la scorrevolezza e la stampabilità della polvere.

Processo di stampa:
Durante il processo di stampa 3D, la polvere metallica viene depositata strato dopo strato in una forma prestabilita attraverso l'ugello o l'estrusore della stampante. Dopo il deposito di ogni strato, la piattaforma di stampa si abbassa di una determinata distanza per consentire il deposito dello strato successivo. Questo processo viene ripetuto fino alla completa stampa dell'oggetto.

Post-trattamento:
Dopo la stampa, l'oggetto deve essere sottoposto ad alcune operazioni di post-trattamento, come sinterizzazione, trattamento termico, saldatura e lavorazione meccanica. Queste operazioni possono migliorare la resistenza e la precisione dell'oggetto e garantire che soddisfi i requisiti dell'uso finale. Nella produzione di polvere metallica per la stampa 3D, è necessario considerare alcuni fattori importanti, tra cui la granulometria, la composizione chimica, la scorrevolezza e la stampabilità della polvere. Questi fattori influenzeranno la precisione, la resistenza e l'efficienza produttiva dell'oggetto durante il processo di stampa. Inoltre, anche il costo di produzione della polvere metallica è uno dei fattori da considerare.

Sebbene la tecnologia di stampa 3D abbia compiuto grandi progressi, esistono ancora alcune sfide e limitazioni nella produzione e nell'applicazione delle polveri metalliche. Ad esempio, il costo di produzione della polvere metallica è elevato e polveri metalliche diverse richiedono metodi di preparazione e lavorazione differenti. Inoltre, la granulometria e la composizione chimica della polvere metallica influenzeranno anche la sua stampabilità e le prestazioni dell'oggetto finale. Per superare queste sfide e limitazioni, sono necessarie ulteriori attività di ricerca e sviluppo di nuove tecnologie e metodi. Ad esempio, sviluppare nuove tecnologie di preparazione delle polveri metalliche per migliorarne la qualità e l'efficienza produttiva; studiare nuovi metodi di lavorazione delle polveri metalliche per migliorarne la scorrevolezza e la stampabilità; esplorare nuove tecnologie di post-trattamento per migliorare la resistenza e la precisione degli oggetti.