Stampa 3D di pale per turbine a gas o motori a reazione

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Foto: Dominic David Peachey

Gli scienziati del MIT hanno sviluppato una tecnica che trasforma la struttura microscopica dei metalli per consentire la stampa 3D ad alta efficienza energetica di pale per turbine a gas o motori a reazione.

Un nuovo trattamento termico trasforma la struttura microscopica dei metalli stampati in 3D, rendendo i materiali più resistenti soprattutto in condizioni termiche estreme.

Sviluppata dal MIT, la tecnica potrebbe aprire la strada alla stampa 3D di pale e palette ad alte prestazioni per turbine a gas e motori a reazione che generano energia.

Il crescente interesse per la produzione di pale di turbine mediante la stampa 3D presenta un grande ostacolo da superare: lo scorrimento, cioè la tendenza di un metallo a deformarsi in modo permanente a fronte di sollecitazioni meccaniche persistenti e alte temperature.

Il processo di stampa produce grani fini di dimensioni dell’ordine da decine a centinaia di micron, una microstruttura particolarmente vulnerabile allo scorrimento, dando alla turbina a gas una vita più breve o una minore efficienza del carburante.

I ricercatori hanno trovato un modo per migliorare la struttura delle leghe stampate in 3D aggiungendo un’ulteriore fase di trattamento termico, che trasforma i grani fini del materiale stampato in grani “colonnari” molto più grandi – una microstruttura più robusta che dovrebbe ridurre al minimo il potenziale di scorrimento del materiale, poiché le “colonne” sono allineate con l’asse di maggiore stress.

Con questa tecnica la stampa 3D industriale delle pale delle turbine a gas potrebbe diventare una realtà.

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Zachary Cordero, Boeing Career Development Professor in Aeronautics and Astronautics al MIT

Il metodo è una forma di ricristallizzazione direzionale, un trattamento termico che fa passare un materiale attraverso una zona calda a una velocità controllata con precisione per fondere i numerosi grani microscopici di un materiale in cristalli più grandi, più robusti e più uniformi.

I ricercatori prevedono di testare il trattamento su geometrie stampate in 3D che assomigliano alle pale delle turbine.

Il team sta anche studiando modi per accelerare il tasso di estrazione, oltre a testare la resistenza allo scorrimento di una struttura trattata termicamente.

«Le nuove geometrie di pale e palette daranno luogo a turbine a gas terrestri più efficienti dal punto di vista energetico ed eventualmente motori aeronautici» sottolinea Zachary Cordero, Boeing Career Development Professor in Aeronautics and Astronautics al MIT.