EOS NickelAlloy per la produzione additiva
Elaborazione avanzata con tecnologia Beam Shaping
3 novembre 2025 | Tempo di lettura: 5 min
Le superleghe sono una classe di materiali metallici progettati per funzionare in condizioni estreme. La loro capacità di mantenere la resistenza meccanica alle alte temperature le rende indispensabili nei motori aeronautici, nelle centrali elettriche e nelle attrezzature di difesa.
Uno dei materiali più ricercati nel settore della produzione additiva è la superlega 247, rinomata per la sua resistenza superiore e la sua capacità di sopportare temperature elevate. Tuttavia, questa superlega ha presentato sfide uniche (vedi Figura 1) nella produzione additiva, quali:
- Microfessurazioni durante la lavorazione con fusione laser a letto di polvere (LPBF)
- Macrocracking durante i trattamenti termici di post-lavorazione
Nonostante la forte domanda del settore, la produzione additiva della lega 247 è stata a lungo ostacolata da queste difficoltà di lavorazione e post-lavorazione. Ma ora le cose stanno cambiando: con l'aggiunta di EOS NickelAlloy al nostro portafoglio di materiali superlegati, stiamo ampliando i confini delle possibilità offerte dalla produzione additiva, combinando strategie di lavorazione avanzate conla nostratecnologia all'avanguardia di modellazione del fascio e il nostro know-how avanzato nella post-lavorazione per sfruttare appieno il potenziale di questo materiale ad alte prestazioni.
Modellazione del fascio
Nel corso degli anni sono state studiate diverse strategie per ridurre la formazione di crepe neimateriali soggetti a fessurazione come la lega 247, tra cui la modifica della composizione chimica della lega o l'implementazione di complessi adattamenti delle macchine, come il preriscaldamento ad alta temperatura. Sebbene questi metodi abbiano dato alcuni risultati positivi, spesso comportano compromessi in termini di stabilità e scalabilità del processo. Con l'introduzione della nostra tecnologia di modellazione del fascio di nuova generazione, ora disponiamo di un nuovo potente strumento per affrontare queste sfide senza compromettere la produttività o la qualità dei componenti.
Nei sistemi LPBF convenzionali, i laser monomodali funzionano tipicamente con una distribuzione dell'intensità gaussiana. Ciò limita il controllo della dinamica del bagno di fusione, in particolare per i materiali soggetti a fessurazione.
Con la modellazione del fascio, possiamo modificare la distribuzione dell'intensità tra un profilo gaussiano centrale e un profilo ad anello in varie modalità (vedere la Figura 2). Dalla modalità 0 (gaussiana completa) alla modalità 6 (ad anello completo), possiamo selezionare una distribuzione dell'intensità adeguata in base al tipo di materiale e ai requisiti di processo. Questa flessibilità ci consente di adattare l'apporto di energia alle esigenze specifiche del materiale e dell'applicazione, aprendo nuove possibilità per la lavorazione di leghe che in precedenza erano considerate non stampabili.
Nei processi LPBF convenzionali che utilizzano processi gaussiani standard con bacini di fusione più profondi, tendono a verificarsi microfessurazioni nei punti in cui si incontrano due fronti di solidificazione, specialmente dove il loro disallineamento è elevato. Inoltre, le fessurazioni si formano prevalentemente ai bordi dei grani, determinando un'elevata densità di fessurazioni con le microstrutture a grana fine generate dal profilo del raggio laser gaussiano. Per evitare la formazione di crepe con questi processi standard è necessario utilizzare spessori di strato e potenze laser ridotti. Ciò comporta tempi di costruzione eccessivamente lunghi e processi instabili che producono proprietà scadenti e incoerenti. Con la modellazione del fascio, la distribuzione dell'intensità può essere modificata per creare diversi tipi di geometrie del bagno di fusione, che consentono di mantenere una forma semicircolare o piatta del bagno di fusione mentre si opera con potenze più elevate e spessori di strato tipici.
I bacini di fusione più piatti portano a una solidificazione più direzionale lungo la direzione di costruzione, impedendo così la collisione di fronti di solidificazione disorientati al centro del bacino di fusione. Ciò si traduce in densità di cricche estremamente basse nello stato di costruzione. Inoltre, la solidificazione coerente e direzionale a livello del bacino di fusione consente di adattare le dimensioni dei grani ai profili di proprietà desiderati. Ad esempio, grani più grandi possono essere preferibili per le proprietà di scorrimento, mentre grani più piccoli forniscono una maggiore resistenza o una maggiore durata a fatica. Dopo il trattamento termico completo, il materiale LPBF proveniente dai processi di modellazione del fascio può generare granulometrie che vanno da diverse centinaia di µm a 1 mm, significativamente più grandi di quelle tipicamente osservate per l'LPBF.
Inoltre, è possibile produrre campioni quasi privi di crepe con percentuali di difetti inferiori allo 0,04% nello stato di fabbricazione – vedi Figura 4. I pochi difetti rimanenti possono essere trattati utilizzando una pressatura isostatica a caldo (HIP) post-lavorazione – vedi Figura 5.
Dal concetto all'applicazione: quali sono le prospettive future per EOS NickelAlloy ?
Il nostro obiettivo è integrare hardware all'avanguardia, una profonda conoscenza dei materiali e dei processi e una post-elaborazione su misura per ridurre al minimo le microfessurazioni e sfruttare appieno il potenziale di questa lega ad alte prestazioni. Ci concentriamo su componenti di piccole e medie dimensioni per applicazioni nei settori energetico, aerospaziale e della difesa, dove le capacità ad alta temperatura di EOS NickelAlloy sono fondamentali. Data la complessità tecnica coinvolta, questo processo è inizialmente offerto in collaborazione con Additive Minds, piuttosto che come prodotto completamente sviluppato.
Questo consiste in:
- Valutazione approfondita delle parti e delle applicazioni
- Ottimizzazione della progettazione e dei processi
- Sviluppo e convalida di parametri personalizzati
- Creazione di benchmark e guida alla post-elaborazione
Grazie a questo approccio pratico, aiutiamo i clienti a dare vita alle loro applicazioni EOS NickeAlloy 247, migliorando al contempo le capacità più ampie della produzione additiva per i materiali sensibili alle crepe.
Scritto da Shaafi Shaikh e Tobias Novotny
Ispirati
I materiali
Il nostro ampio portafoglio di materiali metallici è progettato appositamente per la vostra macchina EOS. La nostra catena di fornitura dei materiali è sottoposta a controlli di qualità dall'origine alla consegna, garantendo la conformità normativa, la tracciabilità dei lotti, volumi flessibili e consegne rapide.
I materiali
Le caratteristiche dei materiali in lega di nichel lo rendono ideale per un'ampia gamma di applicazioni, ad esempio nelle turbine a gas per l'industria aerospaziale ed energetica, nell'industria di processo, nel settore petrolifero e del gas e nella costruzione navale.
