Stampa 3D di cristalli singoli di nichel con la produzione additiva laser

Gli ingegneri del National Institute for Materials Science del Giappone hanno realizzato un cristallo singolo di nichel con una nuova tecnica che può essere impiegata per fabbricare un’ampia varietà di monocristallini, inclusi materiali resistenti al calore per motori a reazione e turbine a gas.

Un cristallo singolo di nichel con rari difetti. L’hanno ottenuto gli ingegneri del National Institute for Materials Science del Giappone accelerando lo sviluppo di componenti di motori a reazione resistenti al calore.

La difficoltà nell’impiego di questa tecnica sta nel far crescere i grani vicino all’interfaccia nella stessa direzione e prevenire la formazione di difetti deformanti causati dalla loro solidificazione. Questo problema è stato attribuito al profilo di intensità dei raggi laser gaussiani convenzionali (cioè raggi laser con un’intensità a campana attraverso una sezione trasversale del raggio), che provoca la formazione di policristalli composti da grani cristallini meno orientati con molti bordi di grano.

Evoluzione del laser

Il team di ricerca ha usato un raggio laser a superficie piatta, ovvero in grado di riprodurre una superficie di fusione piatta sulle polveri di nichel. I singoli grani cristallini sono cresciuti nella stessa direzione con meno difetti che inducono deformazione. I cristalli singoli senza bordi di grano, che sono suscettibili di fessurazione, sono molto forti alle alte temperature. Questa nuova tecnica consente di ridurre al minimo la generazione di deformazione e la rottura dei cristalli durante la loro solidificazione. Inoltre non richiede l’uso di cristalli di semi, semplificando i processi di produzione additiva. Questa tecnica di produzione additiva laser può essere usata per trasformare anche altri metalli e leghe in oggetti monocristallini. I componenti di motori a reazione e turbine a gas stanno diventando più complessi e più leggeri nella forma e la domanda di produzione additiva di questi componenti mediante superleghe a base di nichel resistenti al calore è in crescita. Poiché i cristalli singoli sono più forti dei policristalli alle alte temperature, il loro uso pratico come materiali resistenti al calore è promettente.

https://www.nims.go.jp/eng/news/press/2022/06/202206220.html