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Stampa 3D di metalli amorfi | TRUMPF

Stampa 3D di metalli amorfi

Il nuovo super materiale nella produzione additiva

Estremamente stabili, ma allo stesso tempo anche molto elastici: i metalli amorfi, detti anche vetri metallici, sono il nuovo super materiale per eccellenza nella stampa 3D di numerose applicazioni high tech. Le loro interessanti proprietà racchiudono un enorme potenziale per i componenti innovativi nei settori tecnica medicale, aeronautico e aerospaziale, robotica, elettromobilità o in ambito lifestyle.

Cosa sono i metalli amorfi?

I metalli amorfi sono chiamati anche vetri metallici e sono straordinari campioni di versatilità. Infatti, sebbene mostrino una stabilità estrema, sono allo stesso tempo anche altamente elastici. Di fatto si tratta di due proprietà contrapposte, ma è proprio questa qualità che rende così unici i vetri metallici. Contrariamente ai materiali cristallini, i metalli amorfi non hanno una struttura a reticolo ordinata. Ciò è dovuto all'elevata velocità di raffreddamento della massa fusa. Proprio per questo motivo, le particelle non riescono a disporsi in modo uniforme nel metallo. Il risultato è un corpo solido amorfo, quindi non cristallino, in cui gli atomi rimangono in uno stato pressoché disordinato.

Quali sono i vantaggi dei vetri metallici?

Durezza e stabilità elevate e allo stesso tempo elasticità elevata: questa eccezionale combinazione permette di ottenere innumerevoli vantaggi nella produzione di componenti amorfi.

Comportamento isotropo

I componenti amorfi mantengono le proprietà del materiale in tutte le direzioni. Si ottengono così molti vantaggi, come ad esempio nella produzione additiva, poiché è possibile sfruttare al meglio il volume di costruzione combinato con l'allineamento del componente.
 

Biocompatibilità

I componenti amorfi stampati in 3D sono biocompatibili, quindi idonei per molte applicazioni di tecnica medicale. Gli impianti amorfi possono quindi essere adattati individualmente alla corporatura del paziente.

Elasticità

I metalli amorfi hanno un alto limite di snervamento, combinato a un allungamento elastico quasi del 2%. Si ottengono così molti vantaggi nella lavorazione di impianti, sensori o giunti rigidi, poiché viene molto migliorata l'elasticità.

Materiali leggeri

L'elevata stabilità permette di dare ai componenti in metalli amorfi una struttura più sottile; il risparmio di materiale rende inoltre tale struttura più leggera. Queste caratteristiche sono particolarmente importanti nel campo della robotica o della tecnica medicale, ma anche nel settore aeronautico e aerospaziale e nell'elettromobilità.

Impiego in ambienti molto freddi

I metalli amorfi sono duttili a bassa temperatura, cioè possono essere utilizzati con risultati eccellenti in applicazioni a temperatura molto bassa, senza perdere le loro proprietà. Questa classe di materiali è dunque predestinata all'uso nel settore aeronautico e aerospaziale.

Resistenza all'usura

I metalli amorfi hanno una durezza molto alta e quindi un'abrasione ridotta, equiparabile a quella della ceramica. Questa proprietà è particolarmente importante per componenti soggetti a forti sollecitazioni nella costruzione di utensili e stampi, e anche in prodotti lifestyle come orologi di fascia alta.

Metalli amorfi: 3 domande sul nuovo super materiale

Come è possibile stampare in 3D i metalli amorfi?

TRUMPF e Heraeus AMLOY hanno sviluppato insieme un procedimento che funziona con un fuoco molto sottile e un volume della massa fusa molto piccolo. Il calore viene dissipato velocemente. Si ottiene così il tempo di raffreddamento critico di 200 Kelvin al secondo: dal letto di polvere cresce un impianto adattato individualmente e irrigidito amorficamente.

Qual è il vantaggio dato dall'uso dei metalli amorfi negli impianti?

I vetri metallici non hanno reticoli cristallini, pertanto si comportano in modo completamente diverso dagli altri metalli. Sono allo stesso tempo estremamente stabili, altamente elastici e molto resistenti all'usura. Quindi anche gli impianti costruiti con metalli amorfi sono in grado di resistere in modo eccellente alle enormi sollecitazioni a cui sono sottoposti nel corpo umano. E non si parla solo di colpi o di urti. Durante la masticazione, le ossa della mandibola sono sottoposte a un carico continuo; un arco costale resiste ogni anno a circa otto milioni di movimenti respiratori.

Perché i vetri metallici sono particolarmente idonei per la stampa 3D di ossa?

Le leghe amorfe hanno un modulo di elasticità molto simile a quello delle ossa umane. Ciò rappresenta un enorme vantaggio per il processo di guarigione e per la sollecitabilità del punto precedentemente indebolito del corpo. Allo stesso tempo le leghe sono resistenti alla corrosione e ne è stata certificata la biocompatibilità.

Leghe metalliche amorfe: 4 proprietà sotto i riflettori

Heraeus AMLOY ha sviluppato leghe innovative che risultano particolarmente idonee, tra l'altro, nella produzione di impianti di nuova concezione. Sono già disponibili leghe a base di zirconio ad esempio la Amloy-ZR01 e la Amloy-ZR02. Quest'ultima è già certificata secondo ISO 10993-5 e ISO 10993-12 come materiale biocompatibile. C'è anche il titanio, che è considerato un materiale idoneo per componenti medicali, come impianti ossei o pacemaker. Le attuali ricerche sulle leghe di titanio per uso nella tecnica medicale sono molto promettenti. Che si tratti di titanio o di zirconio, le leghe amorfe si contraddistinguono per diverse proprietà, pertanto rappresentano un particolare vantaggio per le rispettive applicazioni specifiche.

 
Quali applicazioni amorfe esistono?

Dall'orologio lifestyle alla tecnica medicale, fino alla costruzione leggera: i metalli amorfi aprono nuove opportunità di applicazione per svariati settori e industrie. Un grande e importante vantaggio è dato dalla combinazione di stampa 3D e vetri metallici. Scopritelo!

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Quali applicazioni amorfe esistono?

Dall'orologio lifestyle alla tecnica medicale, fino alla costruzione leggera: i metalli amorfi aprono nuove opportunità di applicazione per svariati settori e industrie. La combinazione di stampa 3D e vetri metalli presenta soprattutto questo vantaggio: capacità di lavorazione ottimale del materiale e quindi generazione di strutture finissime con superfici lisce. Si possono realizzare applicazioni che richiedono un'elevata resistenza a corrosione e usura. 

Tecnica medicale

Con i metalli amorfi la tecnica medicale ha trovato quello che stava cercando; i materiali perfetti per la produzione di bisturi o strumenti mininvasivi. In futuro i metalli amorfi assumeranno un ruolo importante anche all'interno del corpo umano, in forma di impianti.

Prodotti lifestyle

Superfici lucidabili di alta qualità e resistenza ai graffi sono ciò che dona quel "qualcosa in più" ai prodotti lifestyle. Sono quindi essenziali per l'elettronica di intrattenimento, gli orologi e la gioielleria di alta qualità.

Industrie generali

Con i metodi additivi si possono lavorare componenti realizzati a livello industriale "nel complesso". Non è quindi necessario lavorare singolarmente i componenti e assemblarli alla fine.

Queste macchine permettono di stampare componenti amorfi anche in serie

Infatti, la stampa 3D e i metalli amorfi sono un vero e proprio "dream team": leggete qui come i sistemi TruPrint di TRUMPF e le polveri purissime e specificamente ottimizzate di Heraeus AMLOY interagiscono alla perfezione.

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Queste macchine permettono di stampare componenti amorfi anche in serie

Un vero dream team: stampa 3D e metalli amorfi In altre parole: i sistemi TruPrint di TRUMPF e le polveri purissime e specificamente ottimizzate di Heraeus AMLOY interagiscono alla perfezione. Le stampanti TruPrint 1000 e TruPrint 2000 sono infatti particolarmente adatte per la stampa di metalli amorfi. I piccoli diametri del raggio permettono di ottenere qualità di finitura delle superfici eccellenti. In questo modo si semplifica, se non addirittura si elimina, il trattamento successivo delle applicazioni. La polvere in eccesso può essere preparata per il successivo processo LMS in modo "inerte", ovvero in gas di protezione. Il materiale è così protetto da influssi dannosi, come l'ossigeno, che reagisce velocemente con i vetri metallici. Con il suo diametro del raggio di 55 µm, il laser genera un bagno fuso ridotto. Il calore viene dissipato rapidamente e viene mantenuta la velocità di raffreddamento critica di 200 Kelvin al secondo. Il metallo non può dunque cristallizzare. Nella TruPrint 2000 due laser da 300 watt illuminano parallelamente l'intero volume di costruzione. Si riescono così a lavorare in serie componenti amorfi di alta qualità e in modo altamente produttivo. Condition Monitoring, Powder Bed Monitoring e Melt Pool Monitoring permettono inoltre di rilevare tempestivamente eventuali errori del processo. Una cosa finita.

Ask the Expert: spiegazione del nostro specialista in materiali Christian Schauer

Christian Schauer presenta l'innovativo gruppo di materiali, i vetri metallici, e le sue particolari proprietà e applicazioni.

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