I recenti progressi nella tecnologia e nella scienza dei materiali hanno generato nuove opportunità, con la manifattura additiva che guadagna popolarità giorno dopo giorno. Un esempio è rappresentato da Enigma-DED ( https://www.enigma-ded.com/), leader nella tecnologia avanzata di manifattura additiva. Essa utilizza tecniche DED (Directed Energy Deposition Method) e ne promuove l’adozione nel settore della manifattura additiva. La rivoluzione introdotta dall’uso delle stampanti 3D nel campo della scienza dei materiali consente la modifica superficiale delle proprietà meccaniche dei materiali, permettendo agli scienziati di modificarne le caratteristiche, la composizione e le applicazioni. Si osserva un rapido incremento delle tecnologie impiegate nella manifattura additiva per modificare e sviluppare nuovi materiali. I nuovi materiali offrono potenziali applicativi illimitati in numerosi settori industriali.
La manifattura additiva gode di una meritata reputazione come una delle tecnologie più innovative e avanzate, soprattutto grazie alla sua straordinaria capacità e al suo potenziale di rivoluzionare la creazione di nuovi materiali. Il campo della scienza dei materiali è stato limitato, per anni, nella creazione, nella ricerca e nella modifica di nuovi materiali a causa della mancanza di un mezzo per utilizzarli. Tradizionalmente, la produzione industriale ha adottato un approccio omogeneo ai materiali, rendendo difficile la combinazione di diversi materiali nel processo produttivo. Le strategie dell’approccio innovativo applicato oggi nella scienza tradizionale dei materiali hanno rivoluzionato il settore, offrendo nuove opportunità.
Oggi, continuano a essere apportati miglioramenti e modifiche alla produzione additiva. Uno dei principali vantaggi della produzione additiva è la sua capacità di gestire configurazioni complesse e dense di diversi metalli, semplificando così il flusso di lavoro produttivo. Inoltre, l’ibridazione dei metalli apre la strada a nuove soluzioni progettuali per i materiali ingegneristici.
Prendiamo Enigma-DED come esempio di produzione additiva; è in grado di realizzare nuovi sistemi di materiali ingegneristici denominati "materiali a gradiente funzionale", offerti in un unico pezzo. È possibile ottenere, in modo graduale, diversi livelli di proprietà strutturali e funzionali fondamentali, quali durezza, resistenza al calore e conducibilità termica e/o elettrica. Ad esempio, un componente centrale può avere un nucleo ceramico resistente al calore con un rivestimento esterno in metallo flessibile. Questo approccio progettuale personalizzato soddisfa obiettivi ingegneristici estremi e specializzati, come quelli richiesti nel settore aerospaziale e nei dispositivi medici, in particolare per metalli leggeri, resistenti e biocompatibili. La produzione additiva ci consente di liberarci dalla limitazione dei processi e dei materiali tradizionali.
I processi di progettazione e di iterazione associati allo sviluppo di un nuovo materiale ingegneristico sono spesso complessi e gravosi. Di norma, tali processi comportano lunghi cicli di ingegnerizzazione del prodotto, caratterizzati da sprechi di tempo e cicli lavorativi prolungati. La produzione additiva elimina questi sprechi di tempo e questi cicli lavorativi grazie a processi di prototipazione rapida e di test su richiesta, rendendo il flusso di lavoro estremamente produttivo.
Presso Enigma-DED utilizziamo la produzione additiva per verificare le prestazioni di nuovi metalli o materiali ceramici in pochi giorni anziché settimane, e lo facciamo in piccoli lotti produttivi. Valutiamo le prestazioni dei materiali in termini di resistenza meccanica, resistenza alla corrosione e stabilità termica. Inoltre, possiamo rapidamente modellare e produrre composizioni di materiali ottimizzate.
Questa capacità di iterazione rapida aiuta a identificare precocemente i difetti di progettazione e a integrare modifiche efficienti. Con l’ausilio di tecnologie avanzate di stampa 3D, come il processo DED di Enigma-DED, il tempo necessario per completare un intero ciclo di sviluppo di un materiale è notevolmente ridotto. I prototipi scartati comportano una perdita di materie prime, ma tale perdita è minimizzata grazie alla stampa 3D, che riduce anche il costo complessivo del ciclo di sviluppo del materiale.
Le prestazioni di un materiale derivano da una combinazione di fattori: le sue proprietà, la sua struttura e l’architettura di tale struttura alle scale microscopica e reticolare. Sapendo ciò, presso Enigma-DED utilizziamo la stampa 3D per progettare e produrre sistemi di stampa 3D in metallo che l’utente finale può controllare direttamente, ottenendo così materiali personalizzati. Grazie a questo controllo, possiamo creare microstrutture sofisticate e complesse con grani legati che aumentano la resistenza del 30% rispetto ai metalli ottenuti con metodi più tradizionali.
Uno dei principali vantaggi della produzione additiva è la possibilità di controllare la porosità delle strutture metalliche. Ad esempio, la produzione additiva può realizzare metalli resistenti e leggeri dotati di pori microscopici e uniformemente distribuiti, una caratteristica particolarmente apprezzata nei settori automobilistico e aerospaziale. Tuttavia, le strutture metalliche possono essere progettate anche in modo completamente compatto, soluzione utile per impianti medici e componenti aerospaziali che devono essere perfettamente stagni. Questo controllo della porosità migliora le prestazioni e la funzionalità del materiale. Strutture leggere, resistenti e duttili realizzate per i clienti di Enigma-DED dimostrano chiaramente questi benefici.
Enigma-DED impiega una produzione additiva che riduce gli scarti. Nella produzione tradizionale, il materiale viene sprecato a ogni fase del processo. Gli scarti di materiale generati da Enigma-DED fanno aumentare i costi.
A differenza di altri tipi di prove sui materiali, le prove effettuate con il metodo Enigma-DED presentano percentuali di scarto inferiori al 5%. Altri metodi di prova comportano percentuali di scarto pari al 50% o superiori. I metodi tradizionali sprecano una grande quantità di materiale, in particolare elementi costosi come le leghe di titanio e le ceramiche avanzate. Il metodo Enigma-DED consente di risparmiare denaro e altre risorse scartando i campioni dopo la prova.
Inoltre, con la produzione additiva si ottiene una transizione più fluida dalla prototipazione di nuovi metalli o ceramiche alla produzione su larga scala. L’impiego di materiale è coerente e uniforme: non è necessario sovrastimare i requisiti di materiale per compensare inefficienze. Ad esempio, quando vengono prodotte nuove leghe di titanio per componenti aerospaziali, nessun processo di produzione additiva richiede operazioni di rifinitura del materiale. Ciò contribuisce a preservare lo sviluppo di nuovi materiali e a ridurre i costi complessivi per i ricercatori.
Le superleghe, i metalli e le ceramiche fragili sono materiali avanzati. Per lungo tempo, le applicazioni specializzate che richiedevano materiali avanzati dovevano essere lavorate con metodi tradizionali. La produzione additiva sta ora cambiando il modo in cui vengono lavorati i materiali avanzati.
Enigma-DED utilizza la produzione additiva per trattare ceramiche fragili—materiali che normalmente si crepano durante i processi di lavorazione standard. Grazie a un controllo ottimale della temperatura, alla stampa strato dopo strato e a meccanismi di prevenzione delle crepe, la produzione additiva risolve questo problema e rende ora possibile l’uso di ceramiche fragili.
Inoltre, la produzione additiva consente anche la progettazione e la fabbricazione di metalli resistenti alle radiazioni per il settore nucleare e di superleghe resistenti al calore per l’aerospaziale. Nel settore nucleare, i metalli utilizzati devono resistere a radiazioni intense per un lungo periodo; le superleghe impiegate nell’aerospaziale devono invece mantenere la propria integrità strutturale durante operazioni ad alta temperatura e resistere a condizioni meteorologiche estreme. La produzione additiva risolve una vasta gamma di problemi nella fabbricazione di materiali specializzati e affronta sfide esistenti in diversi ambiti, come l’aerospaziale e la produzione di dispositivi medici.
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