La microstruttura di leghe Al-Cu dopo rapida solidificazione e stampa 3D

Negli ultimi due decenni, la stampa tridimensionale (3D) e la cosiddetta Additive Manufacturing (AM) di materiali metallici hanno assistito a significativi progressi. L'introduzione della stampa 3D ha permesso la riduzione di costi e tempi di consegna, la possibilità di produrre componenti di piccole dimensioni o "unici nel loro genere" e la capacità di prototipare e produrre componenti avanzati, ad alte prestazioni e più efficienti, che non possono essere prodotti con metodi convenzionali a causa delle limitazioni su geometria, materiale, microstruttura e proprietà. La stampa 3D della lega Al-Cu è caratterizzata da un'elevata velocità di solidificazione che porta alla formazione di una microstruttura fine costituita da celle di α-Al primario circondate da un network di fase eutettica α-Al + Cu. La microstruttura prodotta tramite AM caratteristica delle leghe Al-Cu a basso tenore di rame prevede un ciclo termico complesso. Questo ciclo termico comporta un riscaldamento rapido al di sopra della temperatura di fusione, dovuto all'assorbimento dell'energia del raggio laser o del fascio elettronico e alla successiva trasformazione in calore, seguito da una rapida solidificazione del materiale fuso. La visualizzazione delle superfici lavorate ha evidenziato come il materiale contenga grani di alluminio di forma allungata orientati nella direzione del gradiente termico. Il rapido raffreddamento caratteristico dei processi di AM favorisce l'insorgenza di tensioni residue e riduce la quantità di rame respinto nella fase liquida durante la solidificazione, portando all'ottenimento, a temperatura ambiente, di una matrice di Al contenente rame in soluzione solida sovrassatura. Durante il processo di lavorazione il materiale risulta pertanto caratterizzato da una struttura termodinamicamente metastabile.