Stampa 3D con tungsteno e carburo di tungsteno

3D printing tungsten
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Il suo nome deriva dal termine svedese per il metallo, che significa ‘pietra pesante’. Allo stato puro il materiale è molto morbido, e viene combinato praticamente sempre con altri elementi per formare composti che abbiano quella durezza tipica delle leghe di tungsteno.

Il carburo di tungsteno è il più conosciuto tra questi composti. E’ una combinazione di carbonio e tungsteno. Il materiale risultante è una ceramica composita.

Altri metalli a cui l’elemento viene comunemente associato sono l’acciaio, conosciuto come acciaio da alta velocità, il cobalto, il rame, il bronzo, il cromo, il ferro e il nickel. Il tungsteno della superlega nickel-molibdeno-cromo nota come Hastelloy. Tutte queste combinazioni danno luogo ad un metallo eccezionalmente duro.
Nonostante il tungsteno puro non abbia la durezza di questi compositi, la sua eccellente resistenza al calore, nonché la sua capacità di schermare contro le radiazioni, sono utili nei campi medici e nucleari.

Quali sono le applicazioni del Tungsteno e del carburo di Tungsteno?

Come menzionato nel paragrafo introduttivo, il tungsteno ha un’alta temperatura di fusione. In effetti, a 3,422 °C, ha la più alta temperatura di fusione di tutti i metalli. Assieme alla sua durezza, questo fatto lo rende un materiale interessante nei campi che hanno necessitano di resistenza sia fisica che al calore. I compositi di tungsteno vengono usati in una moltitudine di industrie, da quelle aerospaziali, automobilistiche, e nucleari, a quelle della difesa, della medicina e dell’intrattenimento. Alcuni esempi della sua applicazione sono: gli ugelli dei motori di razzi, testate nucleari (per penetrare superfici dure), pale turbine di aerei (resistenza al calore), e strumenti più piccoli come lame per seghe, punte di trapano, cuscinetti, pistoni ed attrezzatura da saldatura. L’industria medica usa tungsteno puro nella scannerizzazione MRI, per i collimatori e gli schermi anti-radiazioni.
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Tungsteno

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La stampa 3D col tungsteno

La durezza del carburo di tungsteno e altri compositi simili hanno anche degli svantaggi. La sua durezza lo rende un materiale difficile con cui creare modelli usando tecniche di manifattura tradizionali come il tornio e la lavorazione meccanica. La fabbricazione additiva, invece, per sua natura, potrebbe rappresentare una soluzione a questa problematica.

La Fabbricazione Additiva offre anche la possibilità di fabbricare componenti complesse senza il bisogno di lavorazione meccanica. I modelli in composito di Tungsteno possono essere prodotti più velocemente ed economicamente con l’utilizzo della FA.

Le componenti create con la FA possono essere molto dettagliate e sottili. Si possono ottenere dettagli di una grandezza minima di 100 μm con una precisione di posizionamento fino a 25 μm.
Attualmente, sono disponibili due tecnologie FA che impiegano il tungsteno puro e compositi di tungsteno:

Fusione Laser Selettiva

La Fusione Laser Selettiva (FLS) o Sinterizzazione Laser Diretta del Metallo (SLDM) è un metodo di fabbricazione additiva dove un laser scioglie e fonde dei metalli in polvere per formare degli oggetti tridimensionali.

Dapprima, la sua elevata temperatura di fusione ha posto vari problemi tecnici nell’applicazione del materiale alla stampa 3D, ma questi ostacoli sono ormai stati superati.

La polvere di tungsteno pura viene legata col nickel-rame o il nickel-ferro.

Getto di Legante

ExOne, il leader tra i produttori di macchine per la stampa 3D dei metalli, sta collaborando con un fornitore di materiali per sviluppare un composito di rame tungsteno, che possa eventualmente essere utilizzato nelle macchine a getto di legante di ExOne.

Il composito avrà un’alta resistenza al calore, un’elevata conduttività termica ed elettrica, ed una bassa espansione termica. Uno dei vantaggi del getto di legante rispetto alla FLS è che rappresenta un processo molto più economico.

Attualmente, ci sono varie polveri disponibili, a diverse fasi di qualificazione.

Una lega di bronzo-tungsteno è pure disponibile per il getto di legante.

La proprietà del Tungsteno:

  • Elevata temperatura di fusione, sciogliendosi a 3422 °C, temperatura più alta del platino
  • Densità alta (19,25g/cm3), paragonabile all’oro
  • Ha la più elevata resistenza alla trazione a temperature di oltre 1650°C
  • Eccellente resistenza alla corrosione
  • Eccellenti capacità di assorbimento / schermatura dai raggi X e Gamma
  • Resistente alla maggioranza degli acidi
  • Biocompatibile / atossico

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