Il team del MIT si classifica terzo nella competizione di progettazione dei materiali con un nuovo metallo stampabile in 3D

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Gli Stati Uniti potrebbero essere un passo avanti verso l’obiettivo di far sì che la metà di tutti i nuovi veicoli venduti nel 2030 siano veicoli elettrici a emissioni zero. Questo grazie a una coppia di studenti universitari del MIT e al loro allenatore laureato in Germania, che hanno sviluppato un nuovo tipo di acciaio non per la costruzione delle auto, ma per gli stampi di pressofusione che le stampano in poche parti discrete.

Ian Chen e Kyle Markland '22 del MIT junior si sono classificati terzi nel concorso di progettazione universitaria 2022 della ASM Materials Education Foundation. La lega di acciaio stampabile in 3D che è valsa loro l’onore è stata ispirata da un approccio di produzione innovativo chiamato Giga-casting, reso popolare dalla casa automobilistica Tesla e utilizzato per assemblare la Model Y completamente elettrica.

Chen ha ritirato il premio durante una cerimonia a New Orleans il 12 settembre, e Chen e Markland condivideranno il premio di 1.000 dollari. ASM Materials Education Foundation è la divisione di beneficenza dell'organizzazione di ingegneria dei materiali ASM International. Il suo scopo è promuovere la carriera scientifica applicata a studenti e insegnanti.

Una sfida progettuale

Il progetto di Chen e Markland affonda le sue radici nella classe 3.041 (Computational Materials Design) tenutasi la primavera scorsa da Gregory Olson, il professore di Thermo-Calc al MIT. Olson è uno dei maggiori studiosi a livello mondiale di scienza computazionale dei materiali, che utilizza la modellazione e la simulazione computerizzata per comprendere e progettare nuovi materiali. La sua metodologia è stata utilizzata da Apple per creare l'Apple Watch e ha attirato l'attenzione del CEO di Tesla Elon Musk.

"Per ottenere auto elettriche a prezzi accessibili e con una buona autonomia, ha dovuto rendere accessibili le strutture in alluminio", afferma Olson, parlando di Musk. "Quindi ha esaminato il tipo di pressofusione per i modellini di piccole auto e ha detto: 'Perché non ingrandirlo? Produrremo l'intera macchina.'"

Tesla ha utilizzato l'approccio computazionale di Olson per l'alluminio che potrebbe essere pressofuso: si tratta del processo di fusione del metallo mediante il quale il metallo fuso viene versato in uno stampo per formare oggetti. Le automobili sono generalmente costruite utilizzando centinaia di parti pressofuse – cilindri del motore, staffe e altri componenti – che vengono successivamente assemblati su una catena di montaggio automatizzata per realizzare un veicolo. Il processo di Giga-casting, che prende il nome dalle enormi macchine di colata conosciute come Giga Press, prevede invece la fusione di soli due o tre pezzi di automobili di grandi dimensioni, riducendo notevolmente la complessità del processo e i costi associati.

Il problema è che "quando si aumenta il processo, il trasferimento di calore è più lento e i tempi del ciclo sono troppo lunghi", afferma Olson, ovvero il metallo liquido impiega più tempo a raffreddarsi, rendendo l'intero processo meno efficiente e più costoso. .

Una tecnica chiamata "raffreddamento conforme" può aiutare. In esso, canali stretti seguono, o si conformano, alla forma dell'oggetto da colare e il refrigerante o l'acqua vengono attraversati per accelerare il raffreddamento.

Così la sfida ha preso forma. Charles Kuehmann, vicepresidente dell'ingegneria dei materiali presso SpaceX e Tesla, nonché ex studente di Olson, ha confermato la necessità: un acciaio per stampi migliore, chiamato anche acciaio per utensili, che sia "stampabile" - un materiale che potrebbe essere caricato in un modello 3-D. stampante per stampare nuovi stampi con migliore resistenza e proprietà termiche. Gli acciai convenzionali, ha detto Olson, "sono piuttosto fragili e soggetti a crepe se si tenta di stamparli".

Produzione offshore

Come consulente per il team studentesco, Olson si è rivolto a Florian Hengsbach, uno studente in visita al MIT dell’Università di Paderborn che è tornato in Germania durante le chiusure dovute alla pandemia nel 2020.

La tesi di dottorato di Hengsbach non avrebbe potuto essere più adatta al progetto del MIT: progettazione di acciaio per utensili per la produzione additiva, un termine spesso usato come sinonimo di stampa 3D. Il suo supervisore è Mirko Schaper, preside della facoltà di ingegneria meccanica di Paderborn, capo del dipartimento di scienza dei materiali ed esperto di produzione additiva.