Una ricerca dell’Università di Hiroshima in collaborazione con un partner industriale usa la stampa 3D per produrre carburi cementati di uguale durezza e durata ma a costi inferiori e con un impiego ridotto di materiale.
Una ricerca della Hiroshima University in collaborazione con Mitsubishi Materials Hardmetal Corporation utilizza la stampa 3D e l’irradiazione laser a filo caldo per produrre carburi cementati che mantengono durezza e durata, riducendo nel contempo gli sprechi di materiale e i costi complessivi.
Il carburo di tungsteno-cobalto (WC-Co) è impiegato nei settori che richiedono elevata resistenza all’usura e durezza, come gli utensili da taglio e da costruzione. Di contro la durezza lo rende difficile da modellare. Attualmente questi carburi vengono realizzati mediante metallurgia delle polveri, utilizzando macchine ad alta pressione e sinterizzazione per combinare le polveri di WC e Co e ottenere un carburo cementato artificiale. Il processo attuale è dispendioso e costoso in rapporto alla resa prodotta, e un metodo economicamente vantaggioso per la creazione di questi materiali è atteso da tempo.
La ricerca dell’Università di Hiroshima si concentra sull’uso dell’additive manufacturing e dell’irradiazione laser a filo caldo, detta anche saldatura laser a filo caldo, una tecnica in cui un raggio laser e un filo di apporto preriscaldato vengono combinati per aumentare la velocità di deposizione (la quantità di metallo di apporto aggiunta) e l’efficienza del processo.
Due tecniche per ammorbidire il materiale
Lo studio dell’Università di Hiroshima impiega due metodi. Uno prevede l’irradiazione diretta sulla parte superiore della barra di carburo cementato, con la barra che guida la direzione di fabbricazione. L’altro metodo è guidato dal laser e viene irradiato tra la base della barra di carburo cementato e il materiale di base (ferro). Con entrambe le tecniche, per formare il carburo cementato, i metalli vengono ammorbiditi, invece che completamente fusi: “I carburi cementati sono realizzati con materie prime molto costose come tungsteno e cobalto, rendendo la riduzione del consumo di materiale altamente auspicabile. Usando la produzione additiva, il carburo cementato può essere depositato solo dove necessario, riducendo così il consumo di materiale” commenta l’autore corrispondente Keita Marumoto, professore associato presso la Graduate School of Advanced Science and Engineering dell’Università di Hiroshima.
Carburi di qualità industriale privi di difetti ottenuti
I risultati della Hiroshima University hanno dimostrato che questo metodo che impiega la stampa 3D è efficace nel mantenere la durezza e l’integrità meccanica dei carburi cementati WC-Co prodotti in modo convenzionale, ottenendo un materiale di base con una durezza superiore a 1400 HV (unità di misura che rappresenta la resistenza alla penetrazione), senza introdurre difetti o decomposizione.
I materiali con questo livello di durezza sono tra i più tenaci utilizzati nell’industria, appena al di sotto di materiali superduri come zaffiro e diamante. Produrre stampi di metallo duro senza difetti è una grande sfida, ma questi primi risultati sono promettenti: “L’approccio di formare i materiali metallici ammorbidendoli invece che fondendoli completamente è innovativo e ha il potenziale per essere applicato non solo ai carburi cementati, ma anche ad altri materiali” continua Marumoto.
La fabbricazione di utensili da taglio, l’esplorazione dell’uso di altri materiali e l’ulteriore indagine su come migliorarne la durata saranno di primaria importanza per il futuro di questa ricerca.
