Preparazione metallografica di campioni prodotti da tecnologie di stampa 3D

Inventata nel 1983 e brevettata nel 1986 da C. Hull, la tecnologia di stampa 3D (inizialmente denominata "stereolitografia") è un metodo di produzione consolidato nell'attuale mercato industriale. Le previsioni indicano un aumento del 774% del fatturato globale nei prossimi 5 anni, il che fa della stampa 3D uno dei mercati più prosperi del prossimo futuro. Uno dei vari metodi di stampa 3D è la saldatura additiva a polvere laser. Questa tecnica è caratterizzata dal rivestimento di materiali in polvere con l'aiuto della saldatura laser. La forma desiderata del prodotto specifico si forma seguendo traiettorie predefinite prima della produzione. L'energia del laser fonde la polvere metallica utilizzata formando un cordone di saldatura.

La geometria finale riceve il suo contorno tridimensionale dalla sovrapposizione dei cordoni di saldatura in base ai percorsi delle traiettorie predefinite. L'ottimizzazione della saldatura additiva con laser a polvere si concentra su una lavorazione economica con qualità e precisione elevate. Un altro obiettivo è la scalabilità: da un lato la grande scala e dall'altro l'implementazione di microstrutture inferiori a 100 µm.1 I materiali utilizzati per la saldatura additiva con laser a polvere sono principalmente:

• Metalli leggeri
• Superleghe di nichel
• Acciaio
• Materiali intermetallici
• Materiali duri (carburi)

In questo articolo è stato analizzato un campione di acciaio (X6Cr17, numero di materiale: 1.4016) prodotto mediante saldatura additiva a polvere laser. Il primo passo è stato quello di ottenere un campione più piccolo (=specimen) rappresentativo del pezzo completo. A tale scopo è stata utilizzata la troncatrice di precisione QATM con una lama sottile in CBN (nitruro di boro cubico) (spessore della mola: 0,65 mm, diametro della mola: 153 mm).

Il taglio è stato effettuato con un taglio diretto pulsato (0,2 mm in avanti e 0,2 mm indietro) con una velocità di avanzamento di 1 mm/s e una velocità di rotazione di 4500 giri/min. Dopo il taglio, il campione è stato inglobato in un materiale di inglobamento a caldo (Epo black) con una pressa d'inglobamento a caldo per ottenere un campione più semplice da maneggiare. L'inglobamento è stato effettuato a una pressione di 200 bar per 6 minuti a 180°C, seguito da un ciclo di raffreddamento di 6 minuti. Un altro vantaggio è l'elevato grado di parallelismo dei campioni inglobati pari a 51 µm ±1 µm (le tolleranze si basano sul calibro utilizzato per le misure di altezza dei campioni). I campioni inglobati sono stati successivamente levigati (forza individuale) e lucidati (forza individuale) con una levigatrice e lucidatrice semiautomatica.

Il processo di levigatura è stato suddiviso in due fasi. La prima consiste nella levigatura planare, utilizzando una carta al carburo di silicio (SiC) con grana P240, per rimuovere tutte le deformazioni causate dal processo di taglio. Segue la levigatura con una carta SiC con grana P600 per lisciare la superficie per le successive fasi di lucidatura. In primo luogo, il campione è stato pre-lucidato con il panno duro Galaxy BETA e una sospensione diamantata policristallina da 9 µm, seguito da un panno medio-duro in seta e una sospensione diamantata policristallina da 3 µm. L'ultima fase, chiamata lucidatura finale, è stata eseguita con un panno di lucidatura sintetico morbido e Eposil M. I parametri di preparazione dettagliati sono indicati in questa tabella:

Sulla base di questa sequenza di preparativa, è stata ottenuta una superficie del campione finemente lucidata. La Figura 3 mostra un'immagine scattata con un microscopio ottico (luce incidente) a un ingrandimento di 100.

Immagine della superficie del campione preparato. Grazie alla superficie levigata, la luce viene riflessa quasi equamente e la microstruttura non è distinguibile.

La microstruttura è stata contrastata correttamente anche al centro della superficie del provino, indicando che l'intera superficie preparata è stata contrastata con successo, come mostrato nella figura.

Campione contrastato. La microstruttura della saldatura del pezzo fabbricato è chiaramente visibile.

Poiché la luce viene riflessa quasi equamente su tutta la superficie del campione, la microstruttura rimane invisibile. Per la natura dell'occhio umano, è necessaria una differenza minima di contrasto del 10% per rendere il contrasto visibile su qualsiasi superficie. Questo contrasto si ottiene con l'incisione. Nel nostro esempio, l'attacco “V2A Beize” per il decapaggio è stato utilizzato per contrastare la superficie mediante l'incisione selettiva delle diverse fasi dell'acciaio X6Cr17 analizzato. L'attacco elettrolitico è stato eseguito per 45 s e la microstruttura è molto ben distinguibile, come si può vedere nell'immagine.

Campione inciso con “V2A Beize” (per 45 s). Sezione del bordo. La microstruttura è chiaramente distinguibile.