Questa presentazione, pubblicata su YouTube il 24 aprile 2017 dal Lawrence Livermore National Laboratory, illustra le tecnologie di stampa 3D e il loro funzionamento, così come le modalità di progettazione per questi processi,, creare materiali di base delle materie prime e testare le prestazioni dei prodotti.
Al LLNL stanno lavorando con le tecnologie ed i materiali esistenti, inventando i nostri nuovi oggetti e spingendone in avanti i confini nella scala delle dimensioni, della composizione dei materiali e della complessità geometrica
Lawrence Livermore National Laboratory
Il Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) è un laboratorio di ricerca del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti d’America, gestito dall’Università della California e ubicato a Livermore. Insieme al Laboratorio Nazionale di Los Alamos, il centro si occupa dello sviluppo di armi nucleari per il Governo degli Stati Uniti. Le finalità della struttura sono “ricerca e sviluppo di scienza e tecnologia applicate alla sicurezza nazionale”: il laboratorio esegue ricerche in molti campi, tra i quali quelli dell’energia, della biomedicina e delle scienze ambientali.
Vista aerea del laboratorio americano LLNL
Il laboratorio sorge su quella che precedentemente era la Stazione di Addestramento Navale e inizialmente era utilizzato come sito principale per i progetti del Lawrence Berkeley National Laboratory dell’Università della California, che richiedevano uno spazio non disponibile nei laboratori a Berkeley, e fu creato come secondo laboratorio, in competizione con il primo laboratorio dedicato allo sviluppo delle armi nucleari, il Laboratorio Nazionale di Los Alamos. Tra i promotori della sua costituzione, vi fu Edward Teller, che lo concepiva come uno strumento per poter sviluppare rapidamente la bomba all’idrogeno, dal momento che, a suo dire, a Los Alamos il suo progetto non riceveva le dovute attenzioni. Nonostante la realizzazione del laboratorio fu completata nel settembre 1952, il progetto della bomba all’idrogeno fu completato prima a Los Alamos.
Primo direttore del centro fu il trentaduenne Herbert York. York divise il laboratorio in quattro unità principali: Progetto Sherwood (il programma di fusione a confinamento magnetico), l’unità di verifica degli armamenti, l’unità di sviluppo delle armi termonucleari e lo sviluppo della fisica di base. Le prime due unità furono inserite in un stabile in cui fu ospitato anche il calcolatore elettronico UNIVAC I, e in un edificio dotato di un ampio spazio per poter installare e gestire macchinari pesanti e di elevate dimensioni.
Durante la guerra fredda, il laboratorio fu in competizione con Los Alamos per lo sviluppo dell’arsenale nucleare statunitense e per sviluppare e perfezionale altre tecnologie legate alla difesa nazionale (molte ancora segretate). All’inizio degli anni 90, le armi funzionanti furono trasferite in un magazzino.
Attualmente il laboratorio sta sviluppando lo SSTAR, lo “Small, Sealed, Transportable, Autonomous Reactor”. Il progetto prevede la realizzazione di un piccolo reattore nucleare che sia in grado di fornire corrente elettrica per 30 anni senza bisogno di manutenzione complessa. Questo reattore verrà offerto ai paesi meno sviluppati in modo da fornire loro energia nucleare senza dover loro fornire conoscenze nucleari o costringerli a sviluppare delle conoscenze nucleari. Al termine della vita utile del reattore, il progetto prevede che questo venga riportato negli Stati Uniti in modo da impedire l’accesso al plutonio prodotto dal reattore.
È in corso di costruzione il National Ignition Facility, una ricerca per la fusione nucleare basata sul confinamento laser. Ma le nuove progettualità del LLNL oggi spaziano dalla biosicurezza all’antiterrorismo, dalla difesa nazionale allo sviluppo dell’energia pulita e rinnovabile, dall’intelligenza artificiale alla scienza e sviluppo delle armi di nuova concezione.
Reinventare la stampa 3D in metallo semisolido con la nuova scrittura diretta
Lo scienziato, del Lawrence Livermore National Laboratory, Dr. Luke Thornley collaboratore nell’engineering del nuovo metallo semisolido: una miscela bismuto-stagno, che può essere estruso attraverso l’ugello di una stampante 3D appositamente progettato per l’uso.
La stampa in metallo 3D ha un enorme potenziale per rivoluzionare la produzione moderna. Tuttavia, i più popolari processi di stampa in metallo, che utilizzano il laser per fondere insieme polvere di metallo fine, hanno i loro limiti. Parti realizzate con fusione selettiva laser (SLM) e altre tecniche di metallo in polvere a base finiscono spesso con lacune o difetti causati da una varietà di fattori. Per superare gli inconvenienti i ricercatori stanno adottando un approccio completamente nuovo alla stampa di metallo 3D con un processo che chiamano scrittura metallo diretta, in cui il metallo semisolido è direttamente estruso da un ugello. Il metallo è progettato per essere un materiale assottigliamento taglio, il che significa che agisce come un solido quando sta fermo, ma scorre come un liquido quando viene applicata una forza. I risultati dello studio in corso di tre anni sono stati pubblicati nel mese di febbraio in “Applied Physics Letters”.
“Siamo in un nuovo territorio”, ha detto l’autore Wen Chen, uno scienziato dei materiali LLNL. “Abbiamo avanzato una nuova tecnica di produzione di additivi metallici di cui ancora la popolazione non è a conoscenza. Penso che un sacco di gente sarà interessata a continuare questo lavoro per l’espansione in altri campi.”
I ricercatori hanno spiegato che invece di partire con polvere di metallo, la tecnica della scrittura diretta con metallo, utilizza un lingotto che viene scaldato fino a raggiungere uno stato semi-solido, le particelle metalliche solide sono circondate da un metallo liquido, causando un comportamento “pastoso”, poi la “pasta” è forzata attraverso un ugello. Il materiale è sottoposto ad assottigliamento e taglio perché, quando è a riposo, le particelle metalliche solide si aggregano affinché la struttura finale sia solida. Appena si effettua l’avanzamento del materiale, o è in fase di taglio, le particelle solide si rompono ed il sistema si comporta come la matrice liquida. Si indurisce quando si raffredda, quindi c’è formazione di ossido incorporato in meno e minore stress della parte residua.
A differenza di altre tecniche di stampa metalli 3D che utilizzano laser per fondere la polvere di metallo, l’approccio scrittura metallo diretto incorpora un grezzo che viene scaldata fino a raggiungere uno stato semi-solido prima di essere forzata attraverso un ugello. Durante il raffreddamento, il materiale indurisce per formare una struttura metallica 3D.
