Innovazioni nella Manifattura Additiva e Riduzione della Porosità
I ricercatori dell’Oak Ridge National Laboratory (ORNL), situato nel Tennessee, hanno recentemente sviluppato un metodo innovativo di estrusione assistita da vuoto. Questa tecnologia è in grado di ridurre in modo significativo la porosità interna dei componenti in polimero realizzati tramite stampa 3D su larga scala. Secondo il team di ricerca, questa scoperta potrebbe rivoluzionare il panorama della manifattura additiva nei settori aerospaziale, automobilistico e della difesa. La riduzione della porosità fino al 75% rappresenta un progresso fondamentale verso la creazione di componenti stampati più robusti e affidabili, migliorando così la qualità e la sicurezza dei prodotti finali.
Vantaggi della Manifattura Additiva di Grande Formato
La manifattura additiva di grande formato (LFAM) rappresenta un’evoluzione della stampa 3D, consentendo la produzione diretta di componenti di dimensioni metriche. Questa tecnologia è particolarmente utile per la realizzazione di parti grandi e complesse, utilizzate in una varietà di settori. Tuttavia, la diffusione di questi materiali è stata storicamente ostacolata dalla presenza di porosità interna, che compromette la resistenza e l’affidabilità dei pezzi stampati. Grazie alla nuova tecnica assistita da vuoto, i ricercatori sono riusciti a eliminare i gas intrappolati durante il processo di stampa, riducendo drasticamente la formazione di vuoti e migliorando la robustezza e la coerenza dei componenti. Questo approccio innovativo offre numerosi vantaggi, tra cui:
- Produzione di componenti di grandi dimensioni con maggiore precisione
- Riduzione della porosità interna e miglioramento della qualità del materiale
- Applicazioni in settori critici come l’aerospaziale e l’automotive
Affrontare la Porosità Intrabead nei Materiali Stampati
Vipin Kumar, PhD e specialista in materiali compositi e produzione di fibre presso l’ORNL, ha evidenziato che, sebbene i materiali stampati in 3D presentino notevoli vantaggi, il loro potenziale è limitato dalla porosità intrabead. Questo fenomeno si riferisce a piccoli vuoti o difetti all’interno del materiale, spesso causati da gas intrappolati o da una fusione incompleta durante il processo di stampa. Questi difetti possono comportarsi come schegge nel vetro, propagandandosi sotto stress e compromettendo la resistenza, la durabilità e l’affidabilità di componenti critici, come quelli utilizzati in ambito medico o aerospaziale. È fondamentale affrontare questa problematica per garantire la sicurezza e l’efficacia dei prodotti finali.
Integrazione di Tecnologie Avanzate nella Produzione
Per affrontare la questione della porosità, il team di ricerca ha integrato un caricatore a vuoto, un dispositivo progettato per rimuovere aria, umidità e gas intrappolati dai materiali, direttamente nel processo di estrusione. Questo approccio ha dimostrato di essere efficace, con una riduzione della porosità fino al 75%, anche in parti con contenuto di fibra variabile. Mantenere la consistenza del materiale è cruciale nella produzione su larga scala, e i risultati iniziali hanno superato le aspettative, con tassi di vuoti interni scesi al di sotto del 2%. Questo rappresenta un significativo avanzamento rispetto ai metodi tradizionali.
Prospettive Future per la Manifattura Additiva
“Con questa tecnica innovativa, non solo affrontiamo il problema della porosità nelle stampe polimeriche su larga scala, ma stiamo anche aprendo la strada a compositi più robusti”, ha dichiarato Kumar in un comunicato stampa. Il team ha suggerito che il metodo assistito da vuoto potrebbe essere facilmente integrato nei flussi di lavoro LFAM esistenti, contribuendo a semplificare il processo produttivo e a migliorare la qualità dei pezzi in settori come quello aerospaziale, automotive e della difesa. Questo rappresenta un significativo passo avanti per l’industria LFAM, evidenziando come il design pre-degassi del materiale garantisca un output più pulito e denso.
Verso un Futuro di Produzione Continua e Scalabile
Attualmente, il sistema è progettato per un elaborazione basata su lotti, ma il team sta lavorando attivamente per espandere le sue capacità verso applicazioni continue, scalabili e di grado industriale. Hanno già sviluppato un concetto in attesa di brevetto per integrare il metodo di estrusione a vuoto nei sistemi di deposizione continua. Questo passo potrebbe portare questa tecnologia a essere utilizzata in ambienti di produzione mainstream e in tempo reale, aprendo nuove opportunità per l’industria della manifattura additiva.
