Appunti Tecnologie di Additive Manufacturing (parte 2 di 4)

Polveri atomizzate nel vuoto

Purissime di nichel & cobalto, ma anche per polveri di alluminio, rame e ferro. Le polveri atomizzate nel vuoto sono sferiche e uscite con poche particelle satelliti. La dimensione della polvere va da 1-500 µm con una media di 40-70 µm.

Centrifugal atomization

Un cilindro (65 mm diametro x 1524 mm) viene montato su un mandrino e messo in rotazione, con lo scopo di fare da elettrodo, alla velocità di 15.000 rpm. Di fronte a questo cilindro viene messo un anodo in modo tale da generare un arco elettrico (di solito fatto di tungsteno). L'arco elettrico con la rotazione, scalda il cilindro tanto da portare a fusione lo strato più esterno del cilindro dal quale si staccano piccole particelle che depositandosi nelle zone circostanti, si solidificano e creano la polvere.

Nella camera di lavorazione viene usato l'elio come gas in modo da migliorare la stabilità dell'arco e l'efficienza di raffreddamento convettivo. Polveri prodotte da questa atomizzazione sono molto pure dal momento che non c'è contaminazione del metallo fuso e le particelle sono sferiche e prive di satelliti. Le dimensioni possono andare da 50 a 400 µm con una media di 200 µm. La velocità di raffreddamento delle particelle è più bassa che nell'atomizzazione in acqua o gas. Polveri prodotte con questa tecnica hanno dimensioni inferiori di quelle

Polveri purissime di nickel e cobalto

Purissime di nickel e cobalto, ma anche per polveri di alluminio, rame e ferro. Le polveri atomizzate nel vuoto sono sferiche e uscite con poche particelle satelliti. La dimensione della polvere va da 1-500 μm con una media di 40-70 μm.

Centrifugal atomization

Un cilindro (65 mm diametro x 1524 mm) viene montato su un mandrino e messo in rotazione, con lo scopo di fare da elettrodo, alla velocità di 15.000 rpm. Di fronte a questo cilindro viene messo un anodo in modo tale da generare un arco elettrico (di solito fatto di tungsteno). L’arco elettrico con la rotazione, scalda il cilindro tanto da portare a fusione lo strato più esterno del cilindro dal quale si staccano piccole particelle che depositandosi nelle zone circostanti, si solidificano e creano la polvere.

Nella camera di lavorazione viene usato l’elio come gas in modo da migliorare la stabilità dell’arco e l'efficienza di raffreddamento convettivo. Polveri prodotte da questa atomizzazione sono molto pure dal momento che non c’è contaminazione del metallo fuso e le particelle sono sferiche e prive di satelliti. Le dimensioni possono andare da 50 a 400 μm con una media di 200 μm. La velocità di raffreddamento delle particelle è più bassa che nell’atomizzazione in acqua o gas. Polveri prodotte con questa tecnica hanno dimensioni inferiori di quelle prodotte con l'atomizzazione in gas. La dimensione media delle particelle diminuisce con l'incremento della velocità di rotazione dell'elettrodo.

Parametri di processo

Conduttività termica

Conduttività termica: questa è una caratteristica fisica che il letto di polvere deve avere ed è importante poiché definisce quanto calore fornito una quantità di energia minore o maggiore (p.e. alluminio ha alta conduttività termica e dissipa molto il calore -> serve potenza laser più alta).

La conduttività termica è la misura della dissipazione di calore durante l'utilizzo del laser. Se la polvere ha alta conduttività servirà una quantità di energia alta per fondere.

Riflessività

Riflessività: se il materiale (p.e. alluminio o rame) ha un'alta riflessività della luce, esso rifletterà la luce del laser e senza efficienti processare la polvere -> se luce viene riflessa anche l'energia viene riflessa comunque il letto di polvere ha riflessività più bassa rispetto ad un blocco solido perché i pori nel letto assorbono il laser.

In conseguenza di ciò materiali che riflettono hanno bisogno di una maggior energia prodotta dal laser (p.e. alluminio).

Pressione del vapore

Pressione del vapore: per polveri con granulometria molto piccola dobbiamo stare attenti all'energia che forniamo poiché invece che fondere le particelle potrebbero evaporare -> produzione di fumo, indisposizione nell'aria dispersa.

Interazione laser-polvere

Interazione laser-polvere: polveri più grandi necessitano di un'energia del laser maggiore rispetto alle polveri più piccole per questo potrebbe capitare che quelle più piccole sublimino creando un fumo che disturbi il processo.

L'energia di un laser è data dalla densità di energia E_s, E_s = . P = potenza laser V = velocità di scansione d² = diametro laser (1 solidi 100 mm) -> di solidi è fisso. Questa viene detta anche "energia per quantità di superficie".

Risultati sperimentali hanno mostrato che mantenere la stessa E_s può essere ottenuta in differenti combinazioni di potenza laser P, velocità di scansione V e diametro di laser d, molte e differenti strutture e proprietà possono essere ottenute. Un altro modo per considerare l'energia è tramite la Volumetric Laser Energy Density (VED). L