L’additive manufacturing (AM) garantisce elevata libertà di progetto, ottimizzazione topologica e potenzialità di sviluppo di combinazioni vincenti materiale/componente con proprietà “site-specific”. L’AM si offre quindi come uno strumento efficace per rispondere alle crescenti esigenze sia di elevata competitività, in un contesto in cui è importante ridurre il time to-market, che di transizione verso un’economia circolare, attraverso la produzione di componenti sempre più durevoli e riciclabili. Le piene potenzialità dell’AM possono però essere sfruttate solo con la corretta scelta dei materiali e con la loro funzionalizzazione mediante trattamenti termici e/o trattamenti e ricoprimenti superficiali, che tengano in considerazione le peculiarità delle microstrutture che si sviluppano nei materiali in seguito a questo processo.
Micrografia a basso ingrandimento della microstruttura tipica di un componente di lega di AlSi10Mg prodotta con AM
Il tema dei trattamenti termici e dei trattamenti superficiali e/o rivestimenti per componenti prodotti in AM non è ancora stato affrontato in modo sistematico. Esistono profonde lacune nelle conoscenze scientifiche e nelle abilità tecnologiche di applicazione in relazione sia al substrato (distribuzione inusuale degli elementi di lega, microstrutture fuori equilibrio, necessità di sviluppare trattamenti termici dedicati) sia alla compatibilità fra substrato e trattamenti superficiali e/o rivestimenti (finitura superficiale, compatibilità fra trattamento termico massivo e trattamento superficiale). Per tale ragione le attività che vengono svolte sulle leghe prodotte per AM prendono in considerazione contemporaneamente questi aspetti e si avvalgono di molteplici competenze in grado di ottimizzare il processo di AM, i trattamenti termici e la preparazione di rivestimenti protettivi e funzionali, avvalendosi anche di tecniche avanzate di caratterizzazione microstrutturale, meccanica e tribologica dei materiali e dei rivestimenti.
L’approccio integrato permette di valutare, sulla base delle specifiche di un componente, i materiali e i rivestimenti più opportuni da utilizzare, ottimizzando poi i parametri del processo di AM, di rivestimento e di trattamento termico con tempi abbreviati rispetto a quelli tipici dell’approccio trial-and-error.
Il tema dell’ottimizzazione del trattamento termico e dei trattamenti superficiali e rivestimenti per componenti prodotti mediante AM è trasversale a tutti i comparti industriali in cui sono presenti meccanismi e componenti che, oltre a dover resistere a sollecitazioni statiche e dinamiche, prevedono contatti tribologici. Mediante uno studio approfondito è possibile ottimizzare i componenti coinvolti, estendendone la vita in esercizio o allargando la gamma di sollecitazioni applicate.
Tribometri strumentati per la misura di attrito e usura (prove accelerate su scala di laboratorio) e microscopio elettronico a scansione SEM-FEG con sonda EDS.
Ottimizzazione dei parametri di trattamento termico della lega AlSi10Mg all'interno del progetto POR-FESR RIMMEL
Il metodo descritto è stato applicato all’interno del Progetto PORFESR – RIMMEL (https://rimmel.nano.cnr.it) per l’ottimizzazione dei parametri di trattamento termico della lega AlSi10Mg prodotta con tecnologia additiva SLM, in relazione anche all’applicazione al materiale di rivestimenti multifunzionali. L’attività ha compreso inizialmente la determinazione e il confronto delle curve d’invecchiamento per la lega sia nelle condizioni as-built che dopo solubilizzazione, seguita dalla caratterizzazione meccanica del materiale. Le condizioni di solubilizzazione sono state determinate valutando gli effetti del trattamento sulla microstruttura (in particolare su: network di silicio che si sviluppa attorno alla cella in questa lega, dimensione delle porosità e difetti).
CNR NANO S3 Istec CNR UNIMORE-INTERMECH–MO.RE Laboratorio Mechlav BEAMIT Spa Next Coating Srl STS Srl
Ottimizzazione del trattamento termico della lega, tale da garantire un bilanciamento fra resistenza meccanica e duttilità del materiale e consentire un successivo rivestimento PVD.
(a) Curve d’invecchiamento valutate a diverse temperature, (b) confronto fra le proprietà meccaniche della lega AlSi10Mg sottoposta al trattamento termico ottimizzato e dati di letteratura