Un nuovo processo di stampa 3D di metallo liquido 10 volte più veloce

E se fosse possibile stampare in 3D parti metalliche di grandi dimensioni in modo rapido ed economico? Questa è la domanda che si è posto un team del MIT, e più precisamente del MIT Self-Assembly Lab, che ha deciso di aggirare gli attuali limiti della stampa 3D in metallo. Hanno sviluppato un processo chiamato Liquid Metal Printing (LMP): in concreto, il metallo fuso viene estruso in una vasca di perle di vetro da 100 micron (che ricordano la polvere) seguendo un percorso predefinito. Da lì, il materiale può indurirsi e formare il pezzo desiderato. Non è necessario alcun supporto, poiché le perle di vetro fungono da stampo per il metallo fuso. Finora il team ha condotto diversi esperimenti con l’alluminio e ha raggiunto velocità di stampa molto elevate: si dice che il processo sia 10 volte più veloce di altre tecnologie metalliche presenti sul mercato, indipendentemente dalle dimensioni del pezzo.

La stampa 3D di una sostanza granulare non è di per sé una novità, ma in genere viene effettuata con polimeri e siliconi. L’uso dei metalli è più complesso, non solo per la temperatura di fusione richiesta, ma anche per i vincoli di estrusione: l’alluminio fuso non può essere estruso attraverso un ugello qualsiasi senza corrodersi e distruggersi. Un team guidato da Skylar Tibbits, professore associato del Dipartimento di Architettura e co-direttore del Self-Assembly Lab, ha lavorato per superare i limiti di volume e di tempo imposti dalla produzione additiva dei metalli. Oggi solo il processo WAAM è in grado di gestire grandi volumi, ma rimane troppo lento rispetto ai metodi di produzione tradizionali. È qui che entra in gioco la LMP, che cerca di conciliare velocità e grandi formati.

Il metallo fuso viene depositato in una vaschetta di perle di vetro da 100 micron.

Come funziona la tecnologia Liquid Metal Printing?

La macchina LMP è composta da tre parti essenziali: l’ugello e un forno elettrico costruito su misura, il letto di stampa e un regolatore di temperatura che assicura un controllo meticoloso della temperatura dell’alluminio dal forno all’ugello. Questo forno da 5 kW è la fonte di calore e può contenere un crogiolo in grafite per mantenere il metallo fuso prima dell’estrusione. L’ugello stesso ha posto una serie di sfide: in tutti i processi di produzione additiva, uno dei problemi è garantire la resistenza alla corrosione dei componenti meccanici della macchina. Come si può immaginare, il metallo fuso non può essere estruso attraverso un ugello qualsiasi. Il team ha quindi effettuato diversi test prima di creare un ugello in ceramica.

Nei test, il team ha stampato sedie, gambe di tavoli e oggetti decorativi con una velocità di stampa 10 volte superiore a quella dei processi di stampa 3D in metallo disponibili in commercio. Sono stati testati diversi percorsi – a spirale, dritti, con traiettorie sovrapposte, ecc. – e i risultati sono impressionanti. Se guardiamo alla qualità di stampa, notiamo che è ancora grezza: l’estetica non è all’altezza, e questo è un aspetto su cui i ricercatori continueranno a lavorare.

Le gambe del tavolo sono state stampate in 3D con la tecnica LMP.

Secondo il team, l’attuale risoluzione grossolana del processo LMP è paragonabile a quella del WAAM, come processi che richiedono una post-lavorazione strategica. Il processo LMP potrebbe potenzialmente raggiungere velocità di lavorazione superiori alle decine di kg/ora, avvicinandosi alla velocità di lavorazione dello stampaggio a iniezione o della pressofusione, con circa 100 kg/ora. Uno dei vantaggi della tecnologia LMP rispetto ad altri metodi di produzione additiva dei metalli è il ciclo termico unico di una stampa. A differenza del processo WAAM, che prevede la fusione e il raffreddamento successivi del pezzo per mantenerne la struttura, il supporto granulare utilizzato nel processo LMP sostiene il materiale fuso durante tutto il processo di stampa.

In definitiva, l’obiettivo sarebbe quello di utilizzare alluminio riciclato, che verrebbe fuso per ricreare oggetti con il processo LMP. Il team deve ancora migliorare alcuni aspetti, in particolare la risoluzione e il controllo del flusso, ma la tecnologia sembra promettente! Tibbits conclude: “Se riuscissimo a fare di questa macchina qualcosa che le persone possano effettivamente usare per fondere l’alluminio riciclato e stampare parti, sarebbe una svolta nella produzione dei metalli. Al momento non è abbastanza affidabile per farlo, ma questo è l’obiettivo“. Per saperne di più sulla tecnologia LMP: QUI.

Un altro esempio di forma stampata in 3D con il processo di stampa del metallo liquido.

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*Tutti i crediti fotografici: MIT Self-Assembly Lab