Innovazione nella stampa 3D ceramica realizzata da uno studente di dottorato presso un'università svizzera

Jun 07, 2023

In un progetto di dottorato presso l’Università SUPSI in Svizzera, Marco Pelanconi ha sviluppato un processo AM ibrido per strutture ceramiche complesse.

di Oliver Johnson

24 maggio 2023

15:13

SUPSI University

Gruppo del Laboratorio Materiali Ibridi

Un nuovo processo di stampa 3D ibrido per creare strutture ceramiche complesse è stato sviluppato in quello che viene definito un progetto di dottorato “innovativo” presso ilScuola universitaria professionale della Svizzera italiana (SUPPLEMENTO). A fare la svolta è stato Marco Pelanconi, dottorando presso il professor Alberto Ortona dell'UniversitàUniversità di Padova.

ILLaboratorio di materiali ibridi (HM Lab) dell’Università SUPSI conduce da vent’anni ricerche sui materiali ceramici per la stampa 3D. Nel 2019, il professor Ortona ha dimostrato il potenziale che possiedono le stampe 3D porose per i materiali ceramici. Pelanconi ha difeso con successo la sua tesi di dottorato nello stesso ambito di ricerca.

Come progetto di tesi, Pelanconi ha sviluppato un processo di stampa 3D ottimizzato per produrre complesse architetture ceramiche. L’approccio prevede la stampa 3D di preforme polimeriche ad elevata microporosità tramite SLS, combinata con l’infiltrazione con polimeri preceramici. La pirolisi viene quindi utilizzata per ottenere una conversione da polimero a ceramica a circa 1000°C. Secondo l'università, una densificazione finale viene eseguita tramite infiltrazione di silicio fuso per ottenere parti ceramiche ad alta densità.

Nel progetto è stato utilizzato il kit Sintratec. Secondo Pelanconi i parametri aperti del kit sono stati utili per il progetto. Ha detto: “Il kit ci ha permesso di modificare molti parametri di stampa, tra cui la temperatura della superficie della polvere, lo spessore dello strato, la velocità del laser, la spaziatura del tratteggio e altro ancora, facilitando il controllo della porosità delle parti stampate in 3D”.

Variando questi fattori, Pelanconi afferma di essere riuscito a ottenere una porosità ideale e un'elevata qualità dei pezzi, cruciali per un'ulteriore infiltrazione.

Per illustrare come il metodo potrebbe essere utilizzato per forme complesse, Pelanconi ha concentrato la sua ricerca su due strutture cilindriche porose con topologie diverse: un cubo ruotato e una giroide. Dopo la stampa in PA12 e la successiva conversione in ceramica, le parti risultanti hanno mostrato "proprietà meccaniche e termiche eccezionali", secondo l'ingegnere meccanico.

Il kit Sintratec e una delle parti in ceramica

Pelanconi afferma che le stampe hanno mantenuto la loro forma senza distorsioni o macrofessurazioni nonostante un restringimento del -25%. Ha anche affermato che la resistenza biassiale delle parti di 165 MPa potrebbe ancora essere aumentata attraverso un'ulteriore ottimizzazione del processo.

Parlando del potenziale delle complesse architetture ceramiche, Pelanconi ha aggiunto: "Queste classi di materiali offrono proprietà termo-meccaniche ineguagliabili che non possono essere fornite dagli acciai, come resistenza alle alte temperature, elevata resistenza all'ossidazione, elevata resistenza agli shock termici ed elevata resistenza meccanica".

L'università afferma che l'approccio, portato avanti da Pelanconi all'interno dell'HM Lab, potrebbe essere sfruttato dall'industria high-tech grazie ai diversi materiali ceramici ottenibili da una gamma di polimeri preceramici.

di Oliver Johnson

24 maggio 2023

15:13

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