I LABORATORI HRL METTONO L’ALLUMINIO AD ALTA RESISTENZA NELLE MANI DI STAMPANTI 3D
Nel settembre 2017, un team di HRL Laboratories ha pubblicato un documento in cui annunciava di essere riuscito a stampare in 3D una lega di alluminio tradizionalmente non saldabile e ad alta resistenza . Una prodezza di ingegnosità, il team ha funzionalizzato un materiale incredibilmente soggetto a crepe con resistenze di snervamento medie fino a 580 MPa. Due anni dopo, il materiale utilizzato da HRL in questo esperimento divenne il primo additivo per la produzione di lega di alluminio registrata presso la storica Aluminium Association .
Nota come alluminio 7A77.60L, questa polvere di metallo per la stampa 3D è ora disponibile per l’ acquisto direttamente da HRL .
Rilasciando commercialmente il materiale sul mercato, HRL ha ora raggiunto ciò che si prefiggeva di fare: “L’obiettivo di HRL nello sviluppo di materiali è sempre stato quello di garantire ai progettisti l’opportunità di utilizzare i materiali con le prestazioni più elevate possibili”, spiega Hunter Martin, PhD , Capo metallurgista dei laboratori HRL.
“7A77 È IL PIÙ FORTE ADDITIVO IN ALLUMINIO SUL MERCATO E OFFRE UNA LIBERTÀ DI PROGETTAZIONE SENZA PARI.”
Fondata nel 1948, HRL Laboratories è una struttura di ricerca dedicata a promuovere lo sviluppo della microelettronica, delle scienze dell’informazione e dei sistemi, dei materiali, dei sensori e della fotonica. Attualmente è in comproprietà tra General Motors Corporation e Boeing.
L’alluminio 7A77.60L è in produzione presso HRL dal 2014. Prendendo Al-7075, una delle leghe di alluminio più comunemente utilizzate per applicazioni strutturali ad alto stress, i ricercatori di HRL hanno cercato di creare una versione stampabile 3D che potesse espandere l’applicazione del materiale attraverso settori di alto valore tra cui quello aerospaziale, automobilistico e petrolifero e del gas.
Al-7075 ha una buona duttilità, elevata resistenza, tenacità, buona resistenza alla fatica ed eccellente resistenza alla corrosione. Tuttavia, queste proprietà hanno una maggiore suscettibilità all’infragilimento, rendendo difficile la fusione o l’elaborazione con un laser. Questa è stata la prima sfida affrontata dal team di HRL. Tuttavia, spiega Martin, la riuscita della stampa 3D “è stata solo la prima parte” del processo.
“Le leghe lavorate hanno avuto un secolo per sviluppare tutte le condizioni di lavorazione per fornire la massima resistenza e duttilità”, mentre “la produzione additiva” d’altra parte “non è semplice”, aggiunge Martin. A causa degli effetti parametrici interconnessi dei processi di stampa 3D in metallo e SLM / DMLS essendo tecnologie relativamente nuove, il team HRL sapeva che la creazione di un 7A77 commerciale con le giuste proprietà non sarebbe semplicemente una “ricetta da manuale”.
“Ci sono molte persone là fuori che cercano di progettare leghe da zero”, spiega Martin, “ma 7A77 differisce sfruttando davvero i meccanismi di rafforzamento noti e comprovati”.
I principali elementi di rinforzo delle leghe della serie 7000 a basso costo sono lo zinco, il rame e il magnesio. Raggiungendo il perfetto equilibrio tra questi elementi, osserva Martin, “sapevamo di avere una chimica in 7A77 in grado di fornire le massime prestazioni, come la sua controparte battuta 7075.” Il passo successivo, tuttavia, era “sbloccare quel potenziale con il parametri di elaborazione corretti ”per la stampa 3D.
Combinando la ricetta perfetta con parametri ottimali e post-elaborazione, la ricerca di HRL ha sbloccato con successo un’intera classe di leghe lavorate per la stampa 3D “piuttosto che” aggiunge Martin, “basandosi sul design in fusione o in lega nuova”.
Con 7A77, ciò si traduce nella consegna di un materiale con resistenze di snervamento medie> 580 MPa e resistenze finali> 600 MPa con un allungamento medio di> 8%. In pratica, come derivato di 7075, 7A77 può essere post-elaborato usando metodi convenzionali già applicati nelle catene di approvvigionamento manifatturiere. Le apparecchiature di lucidatura chimica e anodizzazione esistenti, ad esempio, possono essere applicate alle parti 7A77, facilitando così l’integrazione della produzione additiva nelle fabbriche convenzionali.
I sistemi PBF del fornitore di stampanti 3D britannico Renishaw sono tra le prime macchine a dimostrarsi in grado di elaborare 7A77. Aperte a sviluppi di materiali nuovi e di terze parti “in base alla progettazione”, le macchine consentono ai clienti come HRL “di sviluppare liberamente nuovi materiali e nuovi parametri di materiali per leghe come 7A77”. Stephen Anderson, direttore del gruppo Software di Renishaw, spiega che, tali materiali “apportano un significativo miglioramento della resistenza mantenendo al contempo prestazioni di duttilità molto impressionanti”.
“Avere materiali come 7A77 sviluppati su sistemi Renishaw”, aggiunge Anderson, “consente inoltre ai nostri utenti di concentrarsi sull’ulteriore ottimizzazione dei parametri per i loro componenti di produzione unici”.
Con la prevalenza del 7075 nella costruzione di aeromobili, l’aerospaziale è naturalmente diventato il primo settore a iniziare a sfruttare l’elevata resistenza e la libertà geometrica del 7A77. Secondo Martin, le applicazioni finora hanno incluso la produzione di recipienti a pressione, collettori, staffe e strutture aeree. Anche la tutela degli aeromobili su richiesta è una particolare area di interesse, ma il materiale ha ancora un potenziale ancora inesplorato nei settori del petrolio e del gas, automobilistico e sportivo.
“L’onnipresente uso industriale delle leghe della serie 7000 lavorate significa che quasi tutti i settori hanno familiarità con il nostro materiale”, aggiunge Martin, “stiamo solo offrendo una nuova opportunità aggiuntiva per migliorare la progettazione del prodotto”.
Poiché la resistenza non è l’unico criterio per applicazioni ingegneristiche, HRL sta ora studiando ulteriori percorsi di lavorazione per migliorare la resistenza alla corrosione, la resistenza alla frattura e la resistenza alla fatica di 7A77. La tecnologia utilizzata per sviluppare in 7A77 viene anche applicata alla lavorazione di leghe serie 2000 e 6000 che il laboratorio prevede di rilasciare sul mercato nel prossimo futuro.
La polvere di alluminio 7A77.60L per la stampa 3D è attualmente disponibile per l’ acquisto direttamente da HRL .