Strato per strato

I componenti dei motori a reazione devono resistere a forze e temperature sbalorditive e devono essere il più leggeri possibile per risparmiare carburante. Ciò significa che è complesso e costoso realizzarli: i tecnici della General Electric saldano insieme fino a 20 pezzi separati di metallo per ottenere una forma che mescoli efficientemente carburante e aria in un iniettore di carburante. Ma per un nuovo motore in uscita il prossimo anno, GE pensa di avere un modo migliore per realizzare iniettori di carburante: stampandoli.

Per fare ciò, un laser traccia la forma della sezione trasversale dell'iniettore su un letto di polvere di cromo-cobalto, fondendo la polvere in forma solida per costruire l'iniettore uno strato ultrasottile alla volta. Ciò promette di essere meno costoso rispetto ai metodi di produzione tradizionali e dovrebbe portare a un componente più leggero, vale a dire migliore. Le prime parti andranno ai motori a reazione, afferma Prabhjot Singh, che gestisce un laboratorio presso GE che si concentra sul miglioramento e sull’applicazione di questo e di processi simili di stampa 3D. Ma, aggiunge, “non c’è giorno in cui non sentiamo una delle altre divisioni di GE interessata a utilizzare questa tecnologia”.

Queste innovazioni sono in prima linea in un cambiamento radicale nella tecnologia di produzione, particolarmente interessante in applicazioni avanzate come quelle aerospaziali e automobilistiche. Le tecniche di stampa 3D non solo renderanno più efficiente la produzione di parti esistenti. Consentiranno inoltre di produrre cose che prima non erano nemmeno concepibili, come parti con forme complesse e scavate che riducono al minimo il peso senza sacrificare la resistenza. A differenza dei processi di lavorazione meccanica, che possono lasciare fino al 90% del materiale sul pavimento, la stampa 3D non lascia praticamente alcuno spreco, un fattore importante con metalli costosi come il titanio. La tecnologia potrebbe anche ridurre la necessità di conservare le parti nell'inventario, perché è altrettanto facile stampare un'altra parte, o una versione migliorata di essa, 10 anni dopo la realizzazione della prima. Un produttore di automobili che riceve segnalazioni di guasti al meccanismo delle cinture di sicurezza potrebbe inviare ai concessionari una versione riconfigurata nel giro di pochi giorni.

La produzione additiva, come è anche conosciuta la stampa 3D, è emersa a metà degli anni ’80 dopo che Charles Hull ha inventato quella che ha chiamato stereolitografia, in cui lo strato superiore di un pool di resina viene indurito da un laser ultravioletto. Vari metodi di stampa 3D sono diventati popolari tra gli ingegneri che desiderano creare prototipi di nuovi progetti o realizzare alcune parti altamente personalizzate: possono creare un progetto 3D di una parte in un programma di progettazione assistita da computer e quindi ottenere un stampante per sputarlo ore dopo. Questo processo evita i costi iniziali, i lunghi tempi di consegna e i vincoli di progettazione delle tradizionali tecniche di produzione ad alto volume come lo stampaggio a iniezione, la fusione e lo stampaggio. Ma la tecnologia è stata adattata solo a un numero limitato di materiali e sono sorti dubbi sul controllo di qualità. Anche la costruzione di parti in questo modo è stata lenta: può volerci un giorno o più per fare ciò che la produzione tradizionale può realizzare in minuti o ore. Per questi motivi, la stampa 3D non è stata utilizzata per grandi quantità di pezzi di produzione.

Ma ora la tecnologia sta avanzando abbastanza da consentire la produzione in mercati di nicchia come quello dei dispositivi medici. Ed è pronto a entrare in diverse applicazioni più ampie nei prossimi anni. "Siamo arrivati ​​​​al punto in cui si stanno verificando progressi abbastanza importanti da rendere la tecnologia veramente utile nella produzione di parti per l'uso finale", afferma Tim Gornet, che gestisce il Centro di prototipazione rapida presso l'Università di Louisville.

FARE STRADE

È possibile utilizzare diverse tecniche per “stampare” un oggetto solido strato per strato. Nella sinterizzazione, un sottile strato di metallo in polvere o materiale termoplastico viene esposto a un raggio laser o elettronico che fonde il materiale in un solido in aree designate; quindi viene steso sopra un nuovo strato di polvere e il processo viene ripetuto. Le parti possono anche essere costruite con plastica riscaldata o metallo estruso o spruzzato attraverso un ugello che si muove per creare la forma di uno strato, dopodiché un altro strato viene depositato direttamente sopra e così via. In un altro metodo di stampa 3D, la colla viene utilizzata per legare le polveri.