Research | Funded Projects

OTTIMIZZAZIONE DEI PROCESSI DI SINTERIZZAZIONE LASER DI POLVERI

In questa ricerca, si realizzeranno manufatti porosi con la tecnica della sinterizzazione laser utilizzando polveri di materiale ceramico biocompatibile con diversa distribuzione granulometrica e composizione. I materiali ceramici hanno mostrato un grande potenziale applicativo, per resistenza meccanica e chimica e per la possibilità futura di produrre oggetti con caratteristiche non ottenibili mediante tecnologie più tradizionali.I primi esperimenti verranno effettuati utilizzando come riferimento sferette di vetro, opportunamente setacciate e classificate dal punto di vista della distribuzione granulometrica. Un importante aspetto che va considerato è rappresentato dalle modalità di trasferimento dell’energia radiante offerta dal laser e dal controllo della dissipazione termica. Sarà quindi necessario effettuare degli esperimenti volti a studiare gli scambi energetici del processo, volti a capire i meccanismi d’irraggiamento e di scambio termico. In particolare si dovrà approfondire l’interazione tra il laser e il letto di polvere, considerando che il materiale granulare trattato ha la possibilità di scambiare energia per convezione naturale e per irraggiamento verso l’ambiente, e contemporaneamente dissipare calore nel bulk di polvere. Inoltre, avendo le dimensioni medie delle particelle delle implicazioni sulla densità apparente e sul grado di vuoti presenti nel letto, possono direttamente coinvolgere gli effetti dissipativi. Le caratteristiche della polvere originale comportano necessariamente degli effetti sul manufatto finale, poiché variano i contatti tra i granuli e contemporaneamente le possibili modalità di interazione tra laser e particelle. In questa fase sarà importante poter stabilire quali dimensioni e distribuzioni di particelle nelle polveri di partenza consentono risultati di processo ottimali, in termini di proprietà meccaniche e di porosità che si vogliono realizzare. Il sottinteso obiettivo di processo è quello di ottenere un metodo per il controllo delle diverse proprietà, attraverso la modulazione di parametri tipici dei materiali granulari. Si utilizzerà la produzione di manufatti essenzialmente bidimensionali ottenibili per scansione del laser su singolo strato di materiale granulare. La campagna sperimentale sarà finalizzata allo studio dei principali meccanismi della sinterizzazione laser sul materiale prescelto. L’osservazione dei manufatti al microscopio a scansione elettronica (SEM) e al microscopio ottico consentirà di verificare l’effetto dell’irraggiamento del laser sul materiale granulare processato e in particolare permetterà di studiare la morfologia con la possibilità di valutare la micro e macro struttura dei sinterizzati. La metodologia dei test a flessione a tre punti sarà utilizzata per effettuare le prove dei materiali molto fragili (come i ceramici). La procedura di prova consiste nell’applicare al campione una deformazione controllata e nel misurarne la forza necessaria per applicare la stessa. Il test verrà effettuato mediante l’uso del dinamometro che consentirà di valutare i carichi a rottura a flessione e contemporaneamente anche lo spessore dei singoli layers. Il modello di Rumpf e Molerus, generalmente utilizzato per correlare le proprietà di bulk delle polveri alle forze interparticellari, sarà impiegato per valutare la resistenza dei contatti particella-particella mediante l’utilizzo dei dati sperimentali che saranno ottenuti dalle prove di resistenza a flessione dei manufatti. Inoltre, a partire da questo, sarà possibile sviluppare un modello capace di stimare la resistenza dei contatti tra particelle sinterizzate partendo da miscele bimodali.A valle dei risultati ottenuti dalle precedenti sperimentazioni, si utilizzerà l’idrossiapatite per costruire scaffold con micro e macro morfologia predeterminata. Test a flessione verranno effettuati per valutare la resistenza dei manufatti ottenuti con materiale biocompatibile.