“I settori automobilistico, aerospaziale, dell’energia pulita e degli utensili e stampi – qualsiasi settore che necessiti di parti complesse e ad alte prestazioni – potrebbe utilizzare la produzione additiva”, ha affermato Alex Plotkowski, scienziato dei materiali nella divisione Scienza e tecnologia dei materiali dell’ORNL e scienziato capo dell’esperimento. Plotkowski e i suoi colleghi hanno riportato le loro scoperte in Comunicazioni sulla natura.
Gli scienziati dell’ORNL hanno sviluppato OpenN-AM, una piattaforma di stampa 3D in grado di misurare l’evoluzione dello stress residuo durante la produzione utilizzando il VULCANO linea di luce presso la Spallation Neutron Source dell’ORNL, o SNS, una struttura utente del Department of Energy Office of Science. Se combinato con l’imaging a infrarossi e la modellazione computerizzata, questo sistema consente una visione senza precedenti del comportamento dei materiali durante la produzione.
In questo caso, hanno utilizzato la trasformazione a bassa temperatura, o LTT, acciaio, misurando fisicamente il modo in cui gli atomi si muovono in risposta allo stress, sia esso temperatura o carico, utilizzando la piattaforma OpeN-Am.
Alex Plotkowski, scienziato dei materiali dell’ORNL. Crediti: Carlos Jones/ORNL, Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti
Le tensioni residue sono tensioni che permangono anche dopo la rimozione di un carico o della causa della tensione; possono deformare un materiale o, peggio, provocarne la rottura prematura. Tali sollecitazioni rappresentano una sfida importante per la fabbricazione di componenti accurati con proprietà e prestazioni desiderabili.
Gli scienziati hanno concepito e, nel corso di due anni, prodotto questo esperimento in grado di misurare la deformazione del materiale mentre si evolve, determinando come verranno distribuite le sollecitazioni.
“I produttori saranno in grado di personalizzare lo stress residuo nei loro componenti, aumentandone la resistenza, rendendoli più leggeri e con forme più complesse. La tecnologia può essere applicata a qualsiasi cosa tu voglia produrre”, ha detto Plotkowski.
“Abbiamo dimostrato con successo che esiste un modo per farlo”, ha affermato. “Stiamo dimostrando di comprendere le connessioni in un caso per anticipare altri casi.”
Gli scienziati hanno recentemente vinto un premio R&D 100 2023 per questa tecnologia. Mondo della ricerca e sviluppo rivista annunciato i vincitori in agosto. Plotkowski e gli altri vincitori verranno premiati durante la cerimonia di premiazione dell’organizzazione il 16 novembre a San Diego.
Gli scienziati hanno utilizzato una piattaforma di produzione additiva wire-arc personalizzata per eseguire quella che viene chiamata operando diffrazione di neutroni di un metallo LTT presso SNS. Utilizzando la linea di luce VULCAN di SNS, hanno elaborato l’acciaio e registrato i dati in varie fasi durante la produzione e dopo il raffreddamento a temperatura ambiente. Hanno combinato i dati di diffrazione con l’imaging a infrarossi per confermare i risultati.
Il sistema è stato progettato e costruito presso il Manufacturing Demonstration Facility, o MDF, un consorzio di utenti del DOE Advanced Materials and Manufacturing Technologies Office, dove è stato anche costruito un sistema replicato della piattaforma per pianificare e testare gli esperimenti prima di eseguirli sulla linea di luce.
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