Archives: 30 Gennaio 2021

Tecniche AM per le leghe di titanio

Tecniche AM per le leghe di titanio

In questo articolo verranno esaminate le principali tecniche additive che sono in grado di produrre componenti in titanio. Sarà posta particolare attenzione sulla famosa lega Ti64 e sulle tecnologie LPBF, EBM e DED.

Essendo un materiale molto difficile da trattare, il titanio è stato uno dei primi metalli a essere usato nel mondo dell’additive manufacturing (AM) in generale, ed è a oggi utilizzato in quasi tutte le tecniche additive più importanti, come riportato nella Figura 1. In generale, questo metallo è stato testato con numerose tecnologie con una limitazione legata all’estrema reattività, in quanto il suo ossido è estremamente stabile, dunque richiede grande energia per essere trasformato in metallo, ciò comporta che la trasformazione inversa sia estremamente facile da attuare. Il vero problema è, quindi, avere delle macchine che garantiscano una non ossidazione del componente. Questo è uno dei motivi per cui il titanio nasce inizialmente nelle tecniche “Powder Bed” (SLM ed EBM), per poi essere applicato anche alla “Direct Deposition”. Quello che si ottiene è un risultato molto diverso in termini di proprietà meccaniche e microstruttura.

Le proprietà specifiche del titanio rendono questo materiale utilizzabile anche per i processi di “repair”: si utilizza la deposizione diretta non per costruire l’intero componente, ma per riparare qualcosa che si è rotto, come nel caso di palette di turbina parzialmente danneggiate o spezzate, operazione molto più economica rispetto al loro rifacimento ex novo.

Lega Ti6Al4V

Nel 99% dei casi, la lega di titanio che si usa è il Ti64. Questo succede perché le leghe di titanio hanno due forme cristalline più utilizzate, ovvero 1 e 2. La lega di titanio utilizzata presenta anche il vanadio che stravolge la relazione fra titanio e alluminio e modifica soprattutto i campi di stabilità delle fasi 1 e 2 che garantiscono le diverse proprietà meccaniche (Figura 2). La fase alfa è esagonale, mentre la beta è cubica corpo centrato. Esse presentano proprietà diverse in quanto, nella fase alfa, in cui sono presenti moltissimi piani di scorrimento, il materiale è estremamente deformabile, infatti ad alta temperatura tale fase dà origine a movimenti molto semplici dei piani cristallini (molti dei processi di formatura delle leghe di titanio sono dei processi ad alta temperatura in quanto se il titanio rimane con questa forma cristallina è capace di avere delle deformazioni anche del 100 % della sua dimensione). Al di sopra della temperatura di transizione superplastica, quindi, la fase alfa è estremamente deformabile. La fase beta, invece, conferisce resistenza meccanica al materiale, avendo una struttura cubico corpo centrato molto più difficile da deformare. Per ampliare i campi di esistenza delle due fasi, si aggiungono degli elementi di lega che assomigliano all’una o all’altra, quindi con struttura esagonale compatta o cubico corpo centrato.

Nella Figura 2 sono presenti una serie di questi elementi (alfa, beta stabilizzanti e neutrali). In base a tutto ciò sono state progettate le varie leghe e si è arrivato a definire che il Ti6Al4V è un materiale che, per prestazioni e applicabilità, non ha ancora trovato un concorrente sia per l’ambito strutturale che per l’ambito biomedicale. Di solito non vengono utilizzate leghe con struttura interamente alfa, ma alfa e beta o solo beta per queste applicazioni. Come tutte le leghe, anche quelle di titanio sono suscettibili a modifiche delle proprietà meccaniche in funzione delle trasformazioni che possono avere all’interno dei diagrammi di stato.

Nella Figura 3, viene mostrata la variazione della microstruttura in funzione di vari trattamenti termici effettuati sulla lega in questione. Come si vede, cambia la microstruttura e variano non solo le dimensioni dei grani cristallini ma, man mano che si raffredda, si ha la presenza di zone bifasiche alfa e beta fino ad arrivare ad una struttura in cui viene regolata la quantità delle due fasi, ottenendo una media delle proprietà meccaniche di entrambe.

 

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Source: Stampi
Tecniche AM per le leghe di titanio

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Dormer Pramet: più possibilità per una foratura efficiente

Dormer Pramet: più possibilità per una foratura efficiente

Da sempre la foratura è una lavorazione impegnativa, che richiede soluzioni tecnologicamente sicure ed efficaci. Dormer Pramet (www.dormerpramet.com) presenta tre novità specifiche proprio quest’ambito.

La gamma di foratura di Dormer Pramet si è arricchita di nuove soluzioni: è stata infatti incrementata la gamma delle punte Hydra con cuspide sostituibile; inoltre, è stata lanciata una punta di metallo duro integrale per alluminio; è stata infine aggiunta una nuova punta per centraggio.

Hydra

Con l’obbiettivo di fornire una soluzione altamente conveniente per la foratura di grandi diametri, il programma Hydra si adatta ad applicazioni strutturali e alla meccanica generale. La gamma di cuspidi in metallo duro – per acciaio, acciaio inossidabile e ghisa – viene accoppiato con un corpo in acciaio temprato.

La gamma dei corpi esistenti – 3xD, 5xD e 8xD – è stata incrementata a 12xD per applicazioni su fori profondi e a 1.5xD per una migliore rigidità in fori corti e foratura di piastre. I corpi assicurano una resa elevata, anche dopo numerose sostituzioni di cuspidi, la gamma dei corpi è fornita di fori di lubrificazione per una migliore efficienza di foratura ed evacuazione del truciolo. L’accoppiamento perfetto tra testa e corpo massimizza la rigidità dell’utensile per un’accuratezza superiore e tolleranze precise. Non solo: un singolo corpo può montare diverse misure di cuspidi, riducendo così gli articoli in magazzino. Le cuspidi possono essere facilmente sostituite senza smontare il corpo dal mandrino, per una riduzione dei tempi di fermo macchina.

La gamma Hydra ora comprende una 12xD per applicazioni su fori profondi e una 1.5xD per aumentare la rigidità su fori corti e la foratura di piastre.

Force

Dormer Pramet ha ampliato anche il suo programma Force di foratura, con una nuova punta integrale per tutti i tipi di alluminio, da quello pastoso a quello più abrasivo.

Gli scarichi e la geometria di taglio della nuova gamma Force N presentano un angolo dell’elica di 32°. Questo permette di avere un truciolo gestibile e riduce la formazione di bave in uscita, cosa che avviene con facilità quando si forano materiali pastosi. Si ottengono elevati valori di volume truciolo e si ri- ducono le spinte per un miglioramento della qualità dei fori e per la produttività. Force N è disponibile con lunghezze 5xD e 8xD con fori per il passaggio del regfrigerante. La gamma esistente di Dormer Pramet di punte in metallo duro comprende anche Force X da impiegare in una varietà di materiali e Force M per acciaio inossidabile.

La R125 ha un angolo di punta di 150° geometria autocentrante, ideale per essere impiegata con punte ad elevata resa.

R125

Dormer Pramet ha lanciato una nuova punta integrale per eseguire centraggi veloci e precisi. La R125 con una geometria di centraggio a 150°, ideale per l’impiego di punte ad elevate prestazioni con angolo di punta a 140°. Si ottengono resa sicura e ripetibilità su tutti i materiali, un rivestimento multistrato TiAlN assicura una prolungata vita utensile, migliora la stabilità del tagliente e la protezione contro l’usura.

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Stampa 3D e titanio: una combinazione in grado di cambiare la vita

Stampa 3D e titanio: una combinazione in grado di cambiare la vita

La stampa 3D e la polvere di titanio rivoluzioneranno la produzione di impianti medici.

La stampa 3D offre opzioni di personalizzazione che rendono possibile la realizzazione di quasi tutte le forme attraverso la tecnologia di produzione additiva (AM). In effetti, le possibilità della stampa 3D sono talmente rivoluzionarie che è persino possibile realizzare copie in carbonio del nostro cranio. Gli specialisti in produzione additiva e polveri di metallo di Sandvik stanno esplorando il potenziale dell’AM in campo medico e si stanno preparando per il futuro degli impianti medicali. Gli incidenti mortali, i danni vertebrali, le patologie osteopatiche croniche e gli effetti collaterali dei trattamenti medici possono causare danni irreparabili ai pazienti. Le conseguenze possono essere dolorose, debilitanti e persino fatali, quindi dobbiamo sviluppare soluzioni per aiutare il corpo umano a superare le sfide, accelerare il processo di guarigione e migliorare la prognosi del paziente.

Gli impianti medicali si sono evoluti notevolmente nel corso degli anni e una delle tecnologie più dirompenti nel capo della produzione è destinata a trasformare il modo in cui vengono trattati i pazienti. Gli sviluppatori di impianti medicali richiedono una tecnologia di produzione che offra velocità, personalizzazione e capacità di realizzare progetti complessi. La stampa 3D, abbinata a materiali biocompatibili come il titanio, sta dimostrando il suo evidente potenziale come tecnologia di produzione prescelta dall’industria medica per soluzioni che cambiano la vita.

In passato, i chirurghi utilizzavano la rete metallica per sosti- tuire aree del corpo come le ossa del cranio, ma la rete tendeva ad essere debole e mancava di precisione. La stampa 3D elimina questi difetti perché utilizza l’imaging medico per produrre un impianto personalizzato, modellato esattamente in base ai dati anatomici dell’individuo. Ciò significa che il paziente può essere dotato di un pezzo perfettamente corrispondente all’area del cranio perduta o danneggiata da sostituire.

Titanio, stampa 3D e settore medico sono una combinazione perfetta, spiega Harald Kissel, responsabile ricerca
e sviluppo presso la business line Additive Manufacturing di Sandvik.

L’attività del centro Sandvik

A Sandviken, in Svezia, si trova uno degli impianti di produzione di polvere di titanio più all’avanguardia al mondo. Presso lo stabilimento, gli esperti di Sandvik stanno liberando il potenziale dei dispositivi in titanio stampati in 3D per l’industria medica. «Titanio, stampa 3D e settore medico sono una combinazione perfetta – spiega Harald Kissel, responsabile ricerca e sviluppo presso la business line Additive Manufacturing di Sandvik. Il titanio ha proprietà eccellenti ed è uno dei pochi metalli accettati dal corpo umano, mentre la stampa 3D può fornire rapidamente risultati su misura per un settore in cui agire rapidamente potrebbe fare la differenza tra la vita e la morte. Oltre ai vantaggi materiali offerti dal titanio, la produzione additiva può contribuire al superamento di alcune sfide nella produzione di impianti medici e protesi. In genere, il processo di adattamento di una protesi comporta diverse visite per realizzare un dispositivo che si adatti al paziente e alle sue esigenze. Di conseguenza, il tempo che intercorre tra l’intervento chirurgico che cambia la vita di un paziente e la ricezione del dispositivo può essere estremamente lungo. Se un paziente subisce un grave incidente, che distrugge aree come il cranio o la colonna vertebrale in modo irreparabile, semplicemente non ha tempo da perdere per assicurarsi che i dispositivi ricostruttivi si adattino correttamente. Invece, gli vengono fornite soluzioni che funzionano, ma che non sono fatte su misura per il corpo di quel paziente“.

I lunghi tempi di attesa e la mancanza di personalizzazione possono davvero influire su come un paziente si sente dopo aver subito un evento, o una procedura, che gli ha cambiato la vita. Anche nel 2020, ci sono ancora pazienti protesici che utilizzano dispositivi che non si muovono, o che sono semplicemente dei ganci. Con la tomografia computerizzata è ora possibile ottimizzare progetti che non possono essere realizzati con altri metodi di produzione. Inoltre, è possibile renderli più leggeri, con meno sprechi di materiale e in tempi più brevi. I pazienti potrebbero ricevere un dispositivo perfettamente corrispondente, in meno tempo e utilizzando un materiale leggero e performante.

Nell’estate del 2020, lo stabilimento specializzato in polveri di metalli di Sandvik ha ottenuto la certificazione medica ISO 13485:2016 per le sue polveri di titanio Osprey, collocando il suo processo di produzione altamente automatizzato all’avanguardia nello sviluppo di dispositivi medici. Dato che l’AM cambia le regole del gioco in molti ambiti della produzione, è chiaro che nel settore medico il suo potenziale avrà un impatto rivoluzionario. Sandvik fa inoltre parte di uno dei progetti di ricerca più innovativi nel settore medico, contribuendo con la sua vasta esperienza nel campo dei materiali.

Lo Swiss M4M Center in Svizzera è una partnership fra pubblico e privato avviata dal governo svizzero, con l’obiettivo di far evolvere la stampa 3D in ambito medico a un livello tale da consentire lo sviluppo e la produzione di impianti innovativi e specifici per il paziente in modo rapido ed economico. La struttura ha lo scopo di costruire e certificare una linea di produzione completa end-to-end per applicazioni mediche, come appunto gli impianti.

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Source: Stampi
Stampa 3D e titanio: una combinazione in grado di cambiare la vita

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