Evitare i difetti durante la produzione additiva: è questo l’obiettivo della ricerca della Carnegie Mellon College of Engineering, negli Stati Uniti, che ha identificato il fenomeno del buco della serratura. Quando un laser a bassa velocità e ad alta potenza fonde polvere di metallo durante lo stampaggio 3D di una parte, nel pool di fusione può verificarsi una cavità a forma di buco della serratura. I pori, cioè i difetti, si formano nella parte inferiore di questo buco.
“Ora abbiamo la possibilità di controllare le macchine per evitare questo problema. L’instabilità critica alla punta del buco della serratura in movimento genera porosità nella fusione laser“. Anthony D. Rollett, professore di scienza dei materiali e ingegneria e coautore principale della ricerca pubblicata su Science.
Lo studio per evitare i difetti durante la produzione additiva nel dettaglio
Il team ha osservato le instabilità del buco della serratura con immagini a raggi X: i pori si formano durante le fluttuazioni del buco della serratura, che cambia forma trasformandosi una “J”. Questo comportamento instabile genera onde acustiche nel metallo liquido che spingono i pori lontano dal buco della serratura e li intrappolano nel metallo solidificante.
I buchi della serratura stessi non sono difetti; per esempio aumentano l’efficienza del laser. Utilizzando apparecchiature a raggi X di sincrotrone, i ricercatori hanno notato che esiste un confine ben definito tra i buchi della serratura stabili e instabili.
Le fluttuazioni nella profondità del buco della serratura aumentano fortemente con la diminuzione della velocità di scansione e della potenza del laser sul lato instabile del confine.
Su scala più ampia, dimostrando l’esistenza di confini ben definiti di porosità del buco della serratura e la capacità di riprodurli, la scienza può offrire una base più sicura per prevedere e migliorare i processi di stampa. Secondo gli ingegneri, i risultati di questa ricerca troveranno rapidamente la loro strada nel modo in cui le aziende gestiscono le loro stampanti 3D.
