Polvere di Acciaio Inossidabile di Alta Qualità per Atomizzazione nella Stampa 3D di Fabbricazione Additiva

Il metodo principale per produrre polvere di acciaio inossidabile di alta qualità è l'atomizzazione. Questo processo prevede la conversione dell'acciaio inossidabile fuso in un sottile spruzzo di goccioline che si solidificano in particelle di polvere. I due tipi principali sono:

L'acciaio fuso viene disintegrato da un getto d'acqua ad alta pressione. Questo raffreddamento rapido produce particelle di forma irregolare con un'elevata superficie. Queste polveri sono ideali per le tecniche Pressatura e sinterizzazione (come lo stampaggio a iniezione di metalli) poiché la forma irregolare consente una buona resistenza allo stato grezzo e l'integrità del pezzo prima della sinterizzazione. Sono generalmente più economiche ma hanno un contenuto di ossigeno più elevato.

Un gas inerte (tipicamente argon o azoto) viene utilizzato per rompere il flusso di metallo fuso. Ciò si traduce in particelle sferiche, prive di satelliti e con una superficie liscia. Queste polveri hanno:

• Basso contenuto di ossigeno: Cruciale per buone proprietà meccaniche e saldabilità.
• Eccellente scorrevolezza: Essenziale per la stesura di strati sottili e uniformi nella Produzione additiva (Stampa 3D).
• Elevata densità di compattazione: Vantaggioso per processi come la pressatura isostatica a caldo (HIP).

Altri metodi includono il processo a elettrodo rotante al plasma (PREP) e l'elettrolisi, ma l'atomizzazione è la più comune per i volumi industriali.

Le prestazioni della polvere di acciaio inossidabile sono definite da diverse caratteristiche critiche:

• Distribuzione granulometrica (PSD): Misurata in micron (µm). Una PSD tipica per la produzione additiva potrebbe essere di 15-45 µm, mentre per lo stampaggio a iniezione di metalli potrebbe essere di 2-20 µm. Una PSD controllata è fondamentale per la ripetibilità del processo.
• Forma delle particelle: Come accennato, questo dipende dal processo (sferico per AM, irregolare per MIM).
• Densità apparente: La massa per unità di volume della polvere non compattata. Una densità più elevata è spesso preferita per un migliore compattamento.
• Scorrevolezza: Il tempo necessario affinché una quantità specifica di polvere scorra attraverso un imbuto standardizzato. Critico per i processi AM e pressatura-sinterizzazione automatizzati.
• Composizione chimica: Deve corrispondere alle specifiche del grado di acciaio inossidabile desiderato (ad esempio, 316L, 17-4PH). Gli elementi chiave includono cromo (per la resistenza alla corrosione), nichel (per la struttura austenitica e la tenacità) e molibdeno (per una maggiore resistenza alla corrosione per vaiolatura).
• Piroforicità: Le polveri metalliche fini possono essere infiammabili o esplosive se sospese nell'aria. La polvere di acciaio inossidabile è meno piroforica di alcuni metalli (come l'alluminio), ma richiede comunque un'attenta manipolazione per prevenire esplosioni di polvere.

• 316L: Il grado più utilizzato per la produzione additiva e MIM. Eccellente resistenza alla corrosione, buone proprietà meccaniche e biocompatibilità. Utilizzato in applicazioni marine, chimiche, mediche e di trasformazione alimentare.
• 304L: Simile al 316L ma con meno nichel e senza molibdeno, il che lo rende leggermente meno resistente alla corrosione ma più economico.

• 17-4PH (630): Può essere trattato termicamente dopo la fabbricazione per ottenere resistenza e durezza molto elevate mantenendo una buona resistenza alla corrosione. Utilizzato per componenti aerospaziali, ingranaggi e parti ingegneristiche ad alta sollecitazione.
• 420: Offre elevata durezza e resistenza all'usura dopo il trattamento termico, ma con una minore resistenza alla corrosione rispetto ai gradi austenitici. Utilizzato per posate, stampi e strumenti chirurgici.

• Duplex 2205: Presenta una microstruttura mista di austenite e ferrite, con conseguente resistenza molto elevata ed eccellente resistenza alla tensocorrosione. Utilizzato nelle industrie petrolifere e del gas offshore e chimiche.

La polvere di acciaio inossidabile è la materia prima per diverse tecnologie di produzione avanzate:

• Fusione a letto di polvere laser (L-PBF): Un laser fonde selettivamente strati di polvere per costruire componenti complessi, leggeri e integrati direttamente da un modello CAD.
• Binder Jetting: Un legante liquido viene spruzzato sul letto di polvere per formare un pezzo "grezzo", che viene successivamente sinterizzato in un forno.
• Deposizione di energia diretta (DED): La polvere viene soffiata in un bagno di fusione creato da un laser o un fascio di elettroni, tipicamente utilizzato per la riparazione o l'aggiunta di funzionalità a parti esistenti.

La polvere viene miscelata con un legante polimerico per creare una materia prima che viene stampata a iniezione in uno stampo. Il legante viene quindi rimosso (sformatura) e il pezzo viene sinterizzato fino a una densità quasi completa. Ideale per la produzione di massa di piccole parti complesse.

La polvere viene posta in un contenitore e sottoposta ad alta temperatura e pressione isostatica del gas, consolidandola in un billetta o componente a forma quasi netta e completamente denso.

La polvere viene pressata in uno stampo rigido per formare un compatto "grezzo", che viene quindi sinterizzato in un forno ad atmosfera controllata. Comune per la produzione di filtri e componenti porosi.

• Libertà di progettazione: Consente la produzione di geometrie altamente complesse, canali interni e strutture a reticolo.
• Efficienza dei materiali: I processi a forma quasi netta riducono al minimo gli sprechi di materiale rispetto alla lavorazione sottrattiva.
• Consolidamento delle parti: Più componenti possono essere progettati e stampati come un'unica parte, migliorando l'affidabilità e riducendo l'assemblaggio.
• Proprietà eccellenti: Le parti finali possono raggiungere proprietà meccaniche e resistenza alla corrosione paragonabili e talvolta superiori alle loro controparti forgiate.
• Produzione di massa: Processi come MIM consentono la produzione ad alto volume di parti complesse.

La polvere di acciaio inossidabile richiede rigorosi protocolli di sicurezza:

• Prevenzione delle esplosioni: Deve essere conservata e maneggiata in atmosfere inerti (ad esempio, azoto) o con apparecchiature a prova di esplosione. Una corretta messa a terra è essenziale per prevenire scariche elettrostatiche.
• Salute e sicurezza: L'inalazione di polvere metallica fine è un pericolo per la salute. Le operazioni devono essere condotte in aree ben ventilate o all'interno di sistemi chiusi (come le stampanti AM) e il personale deve utilizzare dispositivi di protezione individuale (DPI) appropriati come i respiratori.
• Stoccaggio: Conservare in un luogo fresco e asciutto in contenitori sigillati per prevenire l'assorbimento di umidità e l'ossidazione.