Utilizzando tecniche avanzate di produzione additiva, Gli scienziati dell'esercito lavorano con una lega d'acciaio inventata dall'aeronautica per stampare geometrie complesse con un'altissima resistenza. Questo campione, creato utilizzando una tecnica chiamata fusione a letto di polvere, è il simbolo del neonato Army Futures Command. L'acciaio è il 50 percento più resistente di quello disponibile in commercio. Credito:foto dell'esercito americano di David McNally
I soldati che necessitano di pezzi di ricambio potrebbero rivolgersi in futuro alle stampanti 3D per fornire rapidamente parti metalliche affidabili e ultra resistenti. I ricercatori dell'esercito stanno esaminando nuove tecnologie per creare parti in lega di acciaio da polvere utilizzando un laser.
Presso il laboratorio di ricerca dell'esercito del comando per lo sviluppo delle capacità di combattimento dell'esercito degli Stati Uniti, gli scienziati della produzione di materiali affermano che questa tecnologia potrebbe cambiare tutto.
"Penso che rivoluzionerà davvero la logistica, " ha detto il dottor Brandon McWilliams, un team leader nel ramo della scienza e della tecnologia di produzione del laboratorio. "La produzione additiva avrà un enorme impatto sulla sostenibilità".
Mentre il progresso rimane costante, McWilliams ha detto che realizzando il sogno di una stampa veloce, parti metalliche 3D affidabili sono ancora molto lontane; tuttavia i suoi benefici saranno sostanziali.
"Puoi davvero ridurre la tua impronta logistica, " ha detto. "Invece di preoccuparsi di trasportare un intero carico di camion, o convogli carichi di ricambi, a patto di avere materie prime e una stampante, puoi potenzialmente fare tutto ciò di cui hai bisogno."
I ricercatori stanno utilizzando una lega originariamente sviluppata dalla US Air Force. L'esercito ha adattato il metallo, chiamato AF96, in polvere. Utilizzando un metodo chiamato Powder Bed Fusion, il laser della stampante 3D fonde selettivamente la polvere in un modello. La stampante riveste quindi la piastra di costruzione con un altro strato di polvere e il processo viene ripetuto fino al completamento della parte.
"Siamo in grado di stampare parti con strutture interne che non sarebbero necessariamente in grado di creare con così tanta precisione dimensionale quando provano a utilizzare una fresa o una parte di macchina, " ha detto la dottoressa Andelle Kudzal, un ingegnere dei materiali nel team di McWilliam.
Tenere in mano la parte risultante è significativo. Sembra un pezzo d'acciaio forgiato tradizionalmente, ma ha intricate caratteristiche di design che nessuno stampo potrebbe creare. I ricercatori dell'esercito hanno affermato che questa lega di acciaio ha qualità sorprendenti e, soprattutto, potenziali applicazioni per i pezzi di ricambio dei veicoli terrestri.
"Questo materiale per il quale abbiamo appena stampato e sviluppato i perimetri di lavorazione è probabilmente circa il 50 percento più resistente di qualsiasi altro disponibile in commercio, "Ha detto McWilliams.
Per le applicazioni dell'esercito, la chiave per l'utilizzo è la certificazione. La parte funzionerà come necessario in uno scenario di battaglia?
"Abbiamo stampato alcune ventole empeller per il motore a turbina M1 Abrams [Main Battle Tank] e siamo in grado di fornire quella parte:possono usarla, e funziona, " McWilliams ha detto. "Ma non è una parte qualificata. In termini di uno scenario sul campo di battaglia che potrebbe essere abbastanza buono da poter far funzionare di nuovo il tuo carro armato per ore o giorni se questo è importante per la missione, ma d'altra parte, dobbiamo ancora essere in grado di rispondere, funziona come la parte OEM [produttore di apparecchiature originali]? Funziona meglio?"
I ricercatori hanno detto che si tratta di due strategie reali. Uno è per il sostegno del campo di battaglia, la parte logistica:la sostituzione delle parti esistenti e il supporto dei sistemi legacy, ma la seconda strategia riguarda i sistemi futures.
Le parti in titanio stampate da polvere e un laser forniscono ai ricercatori un'elevata resistenza, esempi resistenti al calore del futuro della produzione additiva. Credito:foto dell'esercito americano di David McNally
"Ecco dove siamo più integrati con gli OEM e l'industria per vedere le cose su cui stanno lavorando e vedere come possiamo migliorare le cose per spingere davvero lo stato dell'arte, "Ha detto McWilliams.
L'Air Force ha inizialmente sviluppato questa lega per applicazioni di bombe anti-bunker. Avevano bisogno di un metallo che fosse molto resistente e molto duro, ma avevano anche bisogno che fosse economico.
"La cosa bella di questo per l'esercito è che ha un'ampia gamma di applicazioni. Abbiamo interesse dalla comunità dei veicoli da combattimento di terra, quindi potrebbe essere utilizzato per i pezzi di ricambio, " McWilliams ha detto. "Molte delle nostre parti nei veicoli terrestri ora sono in acciaio. Quindi questo potrebbe essere inserito in sostituzione senza doversi preoccupare delle proprietà del materiale perché sai che sarà migliore".
Il ricercatore dell'esercito Dr. Brandon McWilliams, un leader negli sforzi per far progredire i metalli stampati in 3D, contiene una parte campione creata dalla polvere presso il laboratorio di ricerca dell'esercito del comando di sviluppo delle capacità di combattimento dell'esercito degli Stati Uniti dell'esercito americano presso l'Aberdeen Proving Ground, Md. Credit:foto dell'esercito americano di David McNally
Il laboratorio sta lavorando a stretto contatto con l'industria e i ricercatori accademici per modellare nuovi progetti di leghe, eseguire la termodinamica computazionale e accelerare il processo per portare i materiali ai soldati.
"Abbiamo sviluppato una road map e questo è un piano integrato che ora è focalizzato sul supporto delle nostre priorità di modernizzazione, ma siamo anche strettamente legati alla comunità dei veicoli da combattimento di terra, "Ha detto McWilliams.
