Garantire la nuova tecnologia di stampa 3D in metallo tha

KIMS e altri team di ricerca congiunti, sviluppano la tecnologia di produzione additiva di penne per stampa 3D in metallo

Consiglio Nazionale delle Ricerche di Scienza e Tecnologia

immagine: diagramma concettuale del processo della penna di stampa 3D in metallovedere di più

Credito: Istituto coreano di scienza dei materiali (KIMS)

□ Un gruppo di ricerca guidato dal Dr. Sang-woo Song, dal Dr. Chan-kyu Kim, dal Dr. Kang-myung Seo presso il Dipartimento di tecnologia di giunzione del Korea Institute of Materials Science (KIMS), un istituto di ricerca finanziato dal governo sotto il Ministero della Scienza e dell’ICT, ha sviluppato una tecnologia fondamentale per il controllo del volume del metallo fuso nel processo di stampa 3D del metallo utilizzando tecniche di saldatura. Hanno raggiunto questo obiettivo attraverso la ricerca collaborativa con un gruppo di ricerca guidato dal professor Young-tae Cho e dal professor Seok Kim del Dipartimento di ingegneria meccanica dell’Università nazionale di Changwon, e un gruppo di ricerca guidato dal dottor Dae-won Cho del Busan Machinery Research Center presso l'Istituto coreano di macchinari e materiali. Di conseguenza, hanno sviluppato con successo una tecnologia di penne per stampa 3D in metallo in grado di stampare continuamente il metallo in uno spazio tridimensionale con libertà.

□ La tecnologia della penna per stampa 3D in metallo sviluppata dal team di ricerca ha il vantaggio di poter stampare liberamente e continuamente il metallo con libertà nella direzione del movimento della torcia di saldatura nello spazio 3D. Rispetto alla stampa 3D convenzionale di metalli tramite laser, il costo di costruzione dell’attrezzatura è basso e la produzione additiva può essere eseguita rapidamente utilizzando materiali di saldatura disponibili in commercio, rendendola più economica.

□ La produzione additiva di metalli utilizzando tecniche di saldatura presenta limitazioni nella realizzazione di strutture complesse perché è un processo limitato di costruzione di uno strato alla volta. Questo perché gli strati successivi vengono laminati dopo la completa solidificazione impedendo al metallo fuso di scorrere verso il basso. Per questo motivo c'è lo svantaggio che è necessario un tempo di raffreddamento e le condizioni che possono essere laminate sono limitate a esempi specifici. Per risolvere questo problema, il gruppo di ricerca ha eseguito un’analisi computerizzata per calcolare e controllare con precisione la tensione superficiale del metallo fuso e il volume solidificato secondo convezione/conduzione. Inoltre, hanno sviluppato una tecnologia in grado di eseguire la produzione additiva di metalli in tutte le condizioni, comprese le posizioni orizzontali, verticali, inclinate e sopra la testa. Laminando continuamente il metallo nella fase liquida prima che si solidifichi completamente, il tempo di produzione si riduce, non vi è alcun confine tra gli strati e si forma una microstruttura densa con eccellenti proprietà meccaniche.

※ Nel caso della duttilità, miglioramento del 24,5% rispetto all'attuale WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing)processo, basato su Inconel 625 (WAAM: saldatura e produzione additiva (AM) di materiali a filo utilizzando una fonte di calore ad arco)

□ A partire dal 2021, la dimensione del mercato delle stampanti 3D in patria e all'estero è rispettivamente di 82,1 miliardi di KRW e 2,1 miliardi di USD, con tassi di crescita medi annuali del 10,5% e del 20%. Si prevede che questo risultato della ricerca darà vitalità all’industria manifatturiera concentrandosi sulla superiorità tecnologica nel campo della produzione additiva dei metalli e producendo macchine e parti ad alto valore aggiunto che la utilizzano.

□ "Abbiamo aggiunto la produzione additiva 3D in forma libera al processo di produzione additiva continua, che era considerato impossibile nel processo di produzione additiva in metallo esistente", ha affermato Sang-woo Song, ricercatore principale presso KIMS, responsabile della ricerca. Ha continuato: “Come l’attuale tecnologia di stampa 3D che utilizza polimeri, è possibile produrre facilmente strutture complesse utilizzando i materiali di saldatura dei metalli esistenti, suggerendo un nuovo paradigma per l’industria manifatturiera”.

□ Questo risultato della ricerca è stato realizzato come progetto di "Sviluppo di materiali a strati multimetallici per reattori micro modulari multiuso" dal Korea Institute of Materials Science con il supporto del Ministero della Scienza e dell'ICT. Inoltre, i risultati della ricerca sono stati selezionati come articolo di copertina nel numero di febbraio di Advanced Science (IF=17.521), una rivista accademica di fama mondiale. Attualmente, il gruppo di ricerca sta continuando la ricerca di follow-up per la produzione additiva di macchinari e componenti ad alto valore aggiunto nelle centrali nucleari e nelle industrie della difesa.