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Gli esperti AM si uniscono per sviluppare una lega leggera di alluminio ad alta resistenza a base di alluminio

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Oerlikon ha annunciato di aver stretto un'alleanza di ricerca sulla produzione di additivi (AM) con Linde, una delle più grandi aziende di gas industriali del mondo, e l'Università Tecnica di Monaco di Baviera (TUM).

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I partner mirano a sviluppare nuove leghe leggere e ad alta resistenza a base di alluminio in grado di soddisfare le esigenze di sicurezza e di riduzione del peso dell'industria aerospaziale e automobilistica. Il Ministero bavarese dell'economia finanzia il 50% del progetto di ricerca con 1,7 milioni di euro.

Questa partnership di ricerca è nata dalla collaborazione per la produzione additiva annunciata all'inizio di ottobre. TUM, Oerlikon, GE Additive e Linde hanno annunciato la creazione di un cluster bavarese per la produzione di additivi e di un Istituto di produzione di additivi per promuovere livelli più elevati di collaborazione e ricerca interdisciplinare tra le aziende e l'università. Avere un'ampia varietà di competenze in un'unica area geografica dovrebbe accelerare i progressi nella produzione di additivi.

Il consorzio Oerlikon - Linde - TUM è unico nel suo genere, poiché ognuno dei tre membri mette a disposizione le proprie competenze high-tech in questo spazio complesso. La produzione della lega di alluminio ottimale con un alto contenuto di elementi leggeri come il magnesio attraverso un processo AM richiede una profonda conoscenza della chimica, della termodinamica e della fluidodinamica. Durante il processo di produzione, la polvere metallica viene applicata uno strato alla volta su una piastra di costruzione e fusa con un raggio laser. In questo modo la polvere metallica viene fusa insieme e si formano le complesse geometrie tridimensionali desiderate. Il processo si svolge in un'atmosfera di gas di protezione ben definita.

L'esperienza di Oerlikon nella scienza delle polveri e dei materiali contribuirà allo sviluppo del nuovo materiale.

"Utilizzando il nostro software proprietario, che consente la simulazione e l'analisi di grandi dati, Scoperta-RAD, Oerlikon fornisce soluzioni critiche per lo sviluppo di nuovi materiali e l'ottimizzazione delle prestazioni dei materiali disponibili", ha detto il dottor Alper Evirgen, metallurgista di Oerlikon AM.

"Ci sono sfide significative durante la produzione additiva di leghe di alluminio perché le temperature raggiunte nel bagno di fusione creano un ambiente estremo che porta a perdite per evaporazione di elementi di lega che hanno temperature di ebollizione relativamente basse - come il magnesio", ha aggiunto il Dr. Marcus Giglmaier, Project Manager, AM Institute and Research Funding Manager. "Inoltre, la velocità di raffreddamento di oltre 1 milione di °C al secondo crea elevate sollecitazioni durante il processo di solidificazione, che possono causare microfratture nel materiale solido"

La tecnologia all'avanguardia di Linde e la sua impareggiabile esperienza nel controllo dell'atmosfera di gas e nella soppressione dell'evaporazione durante il processo AM - compresa la lavorazione di leghe a base di alluminio - supera le impurità all'interno della camera di stampa, aiutando i produttori a raggiungere condizioni di stampa ottimali.

"La caratterizzazione e il controllo del processo del gas durante l'AM non solo ha il potenziale per evitare perdite per evaporazione, ma anche per accelerare l'intero processo di stampa", ha spiegato Thomas Ammann, Expert Additive Manufacturing di Linde. "L'utilizzo di un gas chimico su misura per la nuova lega aiuterebbe a controllare i processi che si verificano nel bagno di fusione e a ridurre al minimo i cambiamenti di composizione delle leghe, oltre a prevenire le cricche durante la stampa"

Da parte sua, l'Istituto di Aerodinamica e Meccanica dei fluidi (AER) del TUM ha una conoscenza dettagliata dei fenomeni fisici che si verificano durante il processo di fabbricazione degli additivi mediante simulazioni numeriche. "L'alleanza di ricerca AM colma il divario tra i nostri ultimi risultati della modellazione numerica e le future applicazioni industriali", ha dichiarato il Prof. Nikolaus Adams, Direttore dell'AER. In AER, è stato sviluppato uno strumento di simulazione di processo per coprire l'intera dinamica del bagno di fusione - dal solido al liquido e al gas con modelli di cambiamento di fase, effetti di tensione superficiale e trasporto termico"

Sui benefici della fluidodinamica computazionale dei fluidi, il Dr Stefan Adami ha aggiunto: "Un'analisi dettagliata dei fenomeni termofluidodinamici che si verificano simultaneamente è fondamentale per ottenere una migliore comprensione dell'intero processo e delle caratteristiche finali del materiale"