Una tecnologia rivoluzionaria per la stampa 3D in metallo

Questa nuova tecnologia è simile alla fusione laser selettiva (SLM) e alla fusione tramite fascio di elettroni (EBM), in cui la polvere metallica viene fusa per mezzo di un raggio laser o di elettroni e utilizzata per realizzare oggetti strato per strato, ma utilizza una meno pericolosa sorgente luminosa a led.

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LED invece del raggio laser o elettronico.

La fusione selettiva basata su LED (SLEDM), ovvero la fusione mirata di polvere di metallo mediante sorgenti luminose a LED ad alta potenza, è il nome della nuova tecnologia che un team guidato da Franz Haas, capo dell’Istituto di ingegneria di produzione della TU di Graz, ha sviluppato per la stampa 3D in metallo e per la quale ora ha richiesto un brevetto.

La tecnologia è simile alla fusione laser selettiva (SLM) e alla fusione tramite fascio di elettroni (EBM), in cui la polvere metallica viene fusa per mezzo di un raggio laser o di elettroni e utilizzata per realizzare oggetti strato per strato. La tecnologia SLEDM risolve due problemi centrali di questi processi di produzione basati su letto di polvere: il tempo necessario che richiedono la produzione di componenti metallici di grandi volumi e la post-elaborazione manuale.

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Tempi di produzione ridotti

A differenza dei processi SLM o EBM, il processo SLEDM utilizza un raggio LED ad alta potenza per fondere la polvere di metallo. I diodi emettitori di luce utilizzati a tale scopo sono stati appositamente adattati e dotati di un sistema di lenti complesso mediante il quale il diametro della messa a fuoco a LED può essere facilmente modificato tra 0,05 e 20 millimetri durante il processo di fusione. Ciò consente la fusione di volumi maggiori per unità di tempo senza dover rinunciare a strutture interne in filigrana, riducendo così i tempi di produzione di componenti per celle a combustibile o di tecnologia medica di un fattore in media di 20.

Non è più necessaria una lunga rielaborazione

Questa tecnologia è combinata con un impianto di produzione di nuova concezione che, a differenza di altri impianti di fusione dei metalli, aggiunge il componente dall’alto verso il basso. Il componente viene così esposto, la quantità di polvere richiesta viene ridotta al minimo e, quando è necessaria la post-elaborazione questa può essere eseguita durante il processo di stampa stesso. “La rielaborazione manuale, ad esempio la levigatura di superfici ruvide e la rimozione di strutture di supporto, solitamente è lunga con i metodi attuali, ora non è più necessaria e consente di risparmiare ulteriore tempo prezioso“, spiega Haas.

Campi di applicazione

Un dimostratore del processo SLEDM è già stato preso in considerazione nel K-Project CAMed dell’Università medica di Graz, dove il primo laboratorio per la stampa 3D medica è stato aperto nell’ottobre 2019. Il processo sarà utilizzato per produrre impianti metallici bioriassorbibili, vale a dire preferibilmente viti in leghe di magnesio utilizzate per fissare le fratture ossee. Questi impianti si dissolvono nel corpo dopo che l’osso si è saldato, permettendo di evitare una seconda operazione, spesso molto stressante per le persone, per rimuoverle.

Grazie a SLEDM, la produzione di tali impianti sarà possibile direttamente in sala operatoria, perché “una luce a LED è naturalmente meno pericolosa rispetto a una potente sorgente laser“, afferma Haas.

Il secondo obiettivo è la mobilità sostenibile, ovvero la produzione di componenti come piastre bipolari per celle a combustibile o componenti per sistemi di batterie. “Vogliamo rendere la produzione additiva utilizzando SLEDM economicamente fattibile per la mobilità elettrica e posizionare SLEDM in questo campo di ricerca“, afferma Haas, che produrrà un prototipo commercializzabile di questa stampante 3D in metallo – “made by TU Graz” – nella prossima fase di sviluppo.

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Il processo SLEDM è stato sviluppato nel FoE “Mobilità e produzione“, uno dei cinque focus della ricerca scientifica dell’Università di Tecnologia di Graz.