L'Università di Sheffield utilizza il solido

26 ottobre 2022

Condividi sulla tua rete:

I ricercatori del gruppo Sheffield Titanium Alloy Research (STAR), parte dell'Università di Sheffield nel Regno Unito, hanno collaborato con ECKART GmbH, Schluechtern, Germania, per convertire le polveri di leghe di alluminio in eccesso dall'atomizzazione in materiale in fogli in due fasi allo stato solido da utilizzare in applicazioni aerospaziali. Il progetto ha combinato la tecnologia di sinterizzazione assistita sul campo (FAST) con la laminazione a caldo per convertire le polveri di lega di alluminio in eccesso dall'atomizzazione in materiale in fogli in due fasi allo stato solido. Eckart ha fornito la polvere di lega A20X utilizzata dai ricercatori.

Le tecniche di produzione additiva sono generalmente promosse in quanto riducono lo spreco di materiale rispetto alla metallurgia convenzionale, ma l’intervallo di dimensioni delle particelle atomizzate viene spesso trascurato come problema. L’economia aziendale richiede che vengano utilizzati processi alternativi per convertire queste polveri in eccesso in prodotti utili, per garantire che il mercato dell’AM sia conveniente e soddisfi gli obiettivi di sostenibilità. Questo fattore chiave informa il fondamento di questa ricerca.

La tecnologia di sinterizzazione assistita sul campo può fornire un percorso alternativo di lavorazione allo stato solido per consolidare queste polveri in eccesso in billette per la successiva lavorazione. Ciò consente la produzione di prodotti utili da questa materia prima, migliorando al tempo stesso la sostenibilità all’interno della catena di approvvigionamento della produzione additiva.

Questo progetto fa un ulteriore passo avanti e combina FAST con la laminazione a caldo per convertire le polveri di lega di alluminio in eccesso dall’atomizzazione in materiale in fogli in due fasi allo stato solido. FAST può consolidare efficacemente la polvere in billette completamente dense, che vengono poi laminate a caldo in fogli.

Attraverso i test di trazione, i risultati di questo progetto hanno rivelato che le proprietà ottenute da questo processo erano paragonabili a quelle del materiale convenzionale utilizzato nelle applicazioni aerospaziali.

La ricerca preesistente focalizzata sul FAST delle polveri metalliche ha contribuito allo sviluppo di questo progetto. Secondo quanto riferito, ciò ha stimolato un progetto studentesco dell'ultimo anno - progettato dal dottor Simon Graham, ricercatore associato MAPP - Future Manufacturing Hub e guidato da Alicia Patel, studentessa di ingegneria aerospaziale BEng - dopo il completamento di questa ricerca in fase iniziale, il progetto è stato sviluppato in uno sforzo guidato dal dottor Graham.

La ricerca è stata anche informata da lavori svolti a Sheffield relativi alla lavorazione di polveri di titanio sovradimensionate per la produzione additiva Laser Beam Powder Bed Fusion (PBF-LB), dove i metodi di crossover sono stati identificati come rilevanti. Analizzando la letteratura esistente, si ritiene che sia stato pubblicato un solo articolo specializzato in alluminio puro laminato a caldo, prodotto FAST. La ricerca pubblicata in precedenza sulla lega A20X ha considerato solo AM o materiale fuso.

Si dice che la ricerca abbia dimostrato che FAST può consolidare rapidamente polveri di leghe di alluminio, incluso A20X, con un ampio intervallo di dimensioni delle particelle in materiali completamente densi. Anche i risultanti A20X FAST da 80 mm di diametro sono stati laminati a caldo con successo dallo spessore iniziale di 15 mm fino alla lamiera di 2 mm, sebbene siano necessarie alcune ottimizzazioni successive per prevenire difetti sui bordi all'interno della lamiera.

Alcuni materiali convenzionali A20X fusi – con le stesse dimensioni iniziali – sono stati anche laminati a caldo nelle stesse condizioni. I test di trazione hanno dimostrato che, prima e dopo il trattamento termico, il materiale FAST presentava proprietà simili alla fusione ed era paragonabile ad altri fogli di alluminio utilizzati nelle applicazioni aerospaziali.

Questi risultati sono stati presentati dal dottor Simon Graham al World PM2022 in un keynote intitolato "Lavorazione allo stato solido di polveri di leghe di alluminio in eccesso attraverso una combinazione di tecnologia di sinterizzazione assistita sul campo e laminazione a caldo".

Il risultato di questo progetto ha dimostrato che esiste un percorso di lavorazione praticabile per convertire le polveri di lega in eccesso in materiale in fogli con buone proprietà meccaniche. Sebbene in questa fase non sia possibile quantificare gli impatti positivi a lungo termine, gli impatti economici sono evidenti. Questi vantaggi economici riguardano nuovi flussi di entrate per gli atomizzatori, nonché una potenziale riduzione dei costi delle polveri per la produzione additiva.