Bayerische Metallwerke brevetta una nuova tecnologia di produzione della lega di tungsteno per la stampa 3D

L'azienda tedesca di lavorazione dei metalli Bayerische Metallwerke GmbH, una filiale di Wolfram Industrie, ha sviluppato e brevettato un nuovo processo di produzione di materiali specifico per la lega di tungsteno.

Il processo è speciale in quanto è in grado di produrre miscele di preleghe di tungsteno ad alta concentrazione (WNiFe e WNiCu) sotto forma di polvere, consentendo l’utilizzo dei materiali sia nei processi di stampa 3D che di rivestimento. Sostenuta da una fase di sviluppo di due anni, l’azienda ritiene che il suo nuovo processo aprirà la strada a geometrie di parti più complesse realizzate in tungsteno, offrendo nuove opzioni per applicazioni come la produzione di utensili e la schermatura dalle radiazioni stampate in 3D.

"La particolarità della nostra lega tungsteno-nichel-ferro è che la otteniamo sotto forma di polvere prelegata", spiega il Dr. Hany Gobran, responsabile ricerca e sviluppo presso Bayerische Metallwerke. “È adatto come prodotto di partenza per i processi di stampa e rivestimento 3D”.

Leghe di tungsteno: utili ma ostinate

Le leghe di tungsteno sono note per la loro eccellente resistenza alla corrosione e l'elevata conduttività termica, che le rendono un candidato perfetto per la fusione in conchiglia di parti in alluminio. Anche il metallo pesante è estremamente denso, arrivando a 19,3 g/cm³ . Con una densità paragonabile a quella dell'oro, il tungsteno è ampiamente utilizzato nella produzione di utensili e nella schermatura dalle radiazioni alfa e gamma nel settore sanitario.

"Grazie alla sua resistenza alla corrosione e all'erosione dei metalli fusi, nonché alla sua eccellente conduttività termica, il tungsteno è il materiale preferito nel campo della fusione di alluminio", afferma Nabil Gdoura, ingegnere di ricerca e sviluppo presso Bayerische Metallwerke. "L'altissima densità nella sua forma pura lo rende anche una buona alternativa al dannoso piombo, che viene ancora utilizzato, ad esempio, per la protezione dalle radiazioni in medicina."

Sfortunatamente, il tungsteno ha anche il punto di fusione più alto di tutti gli elementi chimici (3.400°C) e una durezza Mohs di 7,5, il che lo rende estremamente difficile da lavorare. Pertanto, le parti in tungsteno con geometrie più complesse come curve e fori sono spesso realizzate semplicemente in acciaio per utensili per lavorazione a caldo, grazie alla sua facilità d'uso e alla stampabilità 3D.

Produzione di leghe di tungsteno per la stampa 3D

Secondo Bayerische Metallwerke, tutte le leghe di tungsteno per stampa 3D disponibili in commercio fino ad oggi sono state prodotte con concentrazioni relativamente elevate di ferro e nichel, spesso senza alcuna pre-lega. Poiché i punti di fusione di questi metalli sono significativamente inferiori a quelli del tungsteno, i processi di produzione additiva ad alta temperatura come la fusione a letto di polvere spesso provocano la loro evaporazione incontrollabile.

Il nuovo processo Bayerische Metallwerke risolve questo problema prelegando la miscela di polveri prima della lavorazione. Combinando tutti e tre gli elementi come materiale multifase in ogni singola particella di polvere, la composizione e la distribuzione della lega finale possono essere controllate molto attentamente. Pertanto, il metallo può essere lavorato ad alte temperature senza perdere ferro, nichel o rame.

L’azienda afferma che il suo nuovo processo è in grado di produrre leghe con l’80% – 98,5% (in peso) di tungsteno, lo 0,1% – 15% di nichel e lo 0,1% – 10% di ferro e/o rame, a seconda dell’applicazione desiderata. Con densità di 17 – 18,8 g/cm3, i materiali in lega sono più che adatti per i casi d'uso convenzionali del tungsteno nella fusione di alluminio, nella produzione di utensili e nella schermatura dalle radiazioni. Come bonus, il processo brevettato consente anche di determinare il comportamento del flusso e la dimensione dei grani delle particelle di polvere.

"Quanto maggiore è la percentuale di tungsteno nel prodotto finale, tanto più resistente sarà l'alluminio fuso e migliore sarà la sua conduttività termica", conclude Gobran. “Se, d’altro canto, una buona duttilità e lavorabilità meccanica giocano un ruolo maggiore, anche la percentuale di tungsteno nella lega può essere ridotta di conseguenza. La composizione può quindi sempre essere adattata all’applicazione specifica e alla rispettiva complessità della forma.”