Metalli e leghe per le tecniche di fabbricazione additiva mediante processi a letto di polveri

Il processo di fabbricazione additiva per fusione di polveri metalliche all’interno di una camera di lavoro implica per i materiali utilizzati una serie di cicli termo-meccanici molto drastici. Le leghe metalliche più adatte sono quindi quelle che meglio sono in grado di tollerare le elevate velocità di solidificazione, di raffreddamento in fase solida, le elevate tensioni di ritiro e non ultimo essere prodotte in forma ragionevolmente economica e sicura in forma di polveri con forma pressoché sferica.

Non esiste una proprietà misurabile univoca che consenta di stabilire l’attitudine di una lega metallica ad essere processata con successo mediante tecnologie a letto di polvere. In via approssimata ad oggi si tende a considerare che una lega generalmente “saldabile” e/o adatta alla fonderia tradizionale possa avere gran parte dei requisiti che la rendono adatta anche alla fabbricazione additiva.

Ulteriori requisiti ricercati per le materie prime sono la limitata reattività con l’ambiente, per evitare la contaminazione delle polveri anche solo in presenza delle tracce di ossigeno residuo nella camera di lavoro e durante le operazioni fuori camera quali lo stoccaggio, la filtrazione, la carica nella macchina; in questo contesto non sono da trascurare gli aspetti legati alla sicurezza, visto che alcuni metalli quali Magnesio e Titanio tendono a reagire in modo fortemente esotermico a contatto con l’ossigeno ambientale.

Un ulteriore aspetto, particolarmente importante per i processi a fascio elettronico che lavorano in camera a vuoto, è legato alla facile vaporizzazione di alcuni elementi durante il processo; Zinco e Magnesio allo stato liquido sono per esempio tra gli elementi a maggiore valore della tensione di vapore e quindi difficilmente utilizzabili nei processi a letto di polvere.

Di fatto i metalli adatti alla fabbricazione additiva disponibili commercialmente in forma di polveri sono varie leghe base Fe, quali acciai inossidabili, acciai altoresistenziali (Maraging), spesso a matrice austenitica per la loro maggiore duttilità, leghe di Alluminio ad elevato contenuto di Si (tipicamente, composizioni utilizzate in fonderia quali AlSi10Mg), ma anche leghe di titanio Ti6Al4V, di nichel quali Inconel 625 e 718e leghe Co-Cr per il settore biomedicale.

Il mercato e la ricerca sulle polveri per AM sono attualmente in forte evoluzione, spinti sia dalle esigenze che nascono da specifici settori produttivi, primariamente il biomedicale e l’aereospaziale per le già stringenti esigenze di prestazioni, sia dalle richieste di polveri a costi competitivi per i settori a minore valore aggiunto che trovano nel costo della materia prima un primo scoglio alla competitività dei prodotti.