Un team di scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ha simulato il processo di espulsione delle gocce in una tecnica di stampa 3D in metallo emergente chiamata "Liquid Metal Jetting" (LMJ), un aspetto critico per il continuo progresso delle tecnologie di stampa a metallo liquido.

Nella carta, il team descrive la simulazione di goccioline di metallo durante LMJ, un nuovo processo in cui goccioline fuse di metallo liquido vengono espulse da un ugello per stampare una parte in 3D a strati. Il processo non richiede laser o polvere metallica ed è più simile alle tecniche di stampa a getto d'inchiostro.

Utilizzando il modello, i ricercatori hanno studiato le dinamiche di rottura primarie delle goccioline di metallo, essenziale per migliorare la comprensione di LMJ. LMJ presenta vantaggi rispetto agli approcci basati su polvere in quanto fornisce un set di materiali più ampio e non richiede la produzione o la manipolazione di polveri potenzialmente pericolose, ricercatori hanno detto. Il giornale Fisica dei fluidi ha pubblicato lo studio il 25 novembre, dove è stato scelto come Editor's Pick.

"Al momento non abbiamo una buona comprensione di tutta la fisica che si verifica proprio quando la goccia si stacca dal getto di metallo, " ha detto il co-autore Andy Pascall. "Questo modello indica meccanismi fisici aggiuntivi che potrebbero dover essere considerati per colmare il divario tra esperimenti e modellizzazione".

Per condurre la ricerca, il team ha costruito un'abitudine, stampante a metallo liquido in grado di erogare gocce di stagno. In combinazione con video ad alta velocità, la stampante è servita come banco di prova sperimentale per la forma libera, stampa droplet-on-demand e ha permesso al team di tenere traccia delle dinamiche dettagliate delle goccioline durante il processo di espulsione.

L'analisi video ha permesso ai ricercatori di costruire un modello computazionale per simulare la morfologia delle goccioline di metallo durante l'espulsione, rivelando che le gocce si comportano come una "pillola" estrusa senza formazione di coda.

Lo studio dimostra che mentre LMJ è altamente stabile e ripetibile, è anche estremamente difficile da modellare. Nel futuro, il team prevede di esplorare l'espulsione delle gocce attraverso una gamma più ampia di parametri di processo e cercare una maggiore comprensione dei fattori che influiscono sulla forma delle gocce, rottura e formazione di satelliti, compresi gli effetti termici, bagnabilità e ruolo degli ossidi superficiali.