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Il nuovo materiale della NASA costruito per resistere a condizioni estreme
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Gli innovatori della NASA hanno recentemente sviluppato una nuova lega metallica utilizzando un processo di stampa 3D che migliora drasticamente la resistenza e la durata dei componenti e delle parti utilizzate nell'aviazione e nell'esplorazione spaziale, ottenendo prestazioni migliori e più durature.
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La lega GRX-810 della NASA, una lega rinforzata con dispersione di ossido (ODS), può sopportare temperature superiori ai 2.000 gradi Fahrenheit, è più malleabile e può sopravvivere più di 1.000 volte più a lungo delle leghe all'avanguardia esistenti. Queste nuove leghe possono essere usate per costruire parti aerospaziali per applicazioni ad alta temperatura, come quelle all'interno di aerei e motori a razzo, perché le leghe ODS possono sopportare condizioni più dure prima di raggiungere il loro punto di rottura.
"Le particelle di ossido su scala nanometrica trasmettono gli incredibili vantaggi prestazionali di questa lega", ha detto Dale Hopkins, vice project manager del progetto Transformational Tools and Technologies della NASA.
È impegnativo e costoso produrre leghe ODS per questi ambienti estremi. Per sviluppare NASA Alloy GRX-810, i ricercatori dell'agenzia hanno usato modelli computazionali per determinare la composizione della lega. Il team ha poi sfruttato la stampa 3D per disperdere uniformemente gli ossidi su scala nanometrica in tutta la lega, che fornisce migliori proprietà ad alta temperatura e prestazioni durevoli. Questo processo di produzione è più efficiente, economico e pulito dei metodi di produzione convenzionali.
Impatti e benefici
Queste leghe hanno importanti implicazioni per il futuro del volo sostenibile. Per esempio, quando viene usata in un motore a reazione, la temperatura più alta della lega e la sua maggiore capacità di durata si traducono in un consumo di carburante ridotto e in costi operativi e di manutenzione inferiori.
Questa lega offre anche ai progettisti di parti di motori nuove flessibilità, come materiali più leggeri abbinati a vasti miglioramenti delle prestazioni. I progettisti possono ora contemplare compromessi che non potevano considerare prima, senza sacrificare le prestazioni.
Prestazioni rivoluzionarie: Una rivoluzione nello sviluppo dei materiali
Le nuove leghe della NASA offrono migliori proprietà meccaniche a temperature estreme. A 2.000° F, GRX-810 mostra notevoli miglioramenti nelle prestazioni rispetto alle attuali leghe all'avanguardia, tra cui:
Il doppio della forza per resistere alla frattura
Tre volte e mezzo la flessibilità per allungarsi/piegarsi prima della frattura
Più di 1.000 volte la durata sotto stress alle alte temperature
"Questa scoperta è rivoluzionaria per lo sviluppo dei materiali. Nuovi tipi di materiali più forti e più leggeri giocano un ruolo chiave quando la NASA mira a cambiare il futuro del volo", ha detto Hopkins. "In precedenza, un aumento della resistenza alla trazione di solito abbassava la capacità di un materiale di allungarsi e piegarsi prima di rompersi, ecco perché la nostra nuova lega è notevole"
Scoperta/Sviluppo: Accoppiare la produzione additiva con la modellazione dei materiali
Il team ha applicato la modellazione termodinamica e ha sfruttato la stampa 3D per sviluppare la nuova lega ad alta temperatura che ha fornito queste prestazioni rivoluzionarie
"L'applicazione di questi due processi ha accelerato drasticamente il tasso di sviluppo dei nostri materiali. Ora possiamo produrre nuovi materiali più velocemente e con prestazioni migliori di prima", ha detto Tim Smith, uno scienziato di ricerca sui materiali al Glenn Research Center della NASA a Cleveland e uno degli inventori di questa nuova lega.
"Quello che prima richiedeva anni attraverso un processo di prove ed errori, ora richiede una questione di settimane o mesi per fare delle scoperte", ha aggiunto Hopkins.
Utilizzando la modellazione termodinamica, uno dei molti strumenti di calcolo discussi all'interno del NASA 2040 Vision Study, il team ha scoperto la composizione ottimale della lega dopo solo 30 simulazioni.
Questo strumento di modellazione produce risultati in molto meno tempo e con costi inferiori rispetto ai tradizionali processi di prova ed errore. Lo strumento evita anche i vicoli ciechi mostrando ai ricercatori non solo quali tipi di metallo incorporare, ma quanto di ogni elemento infondere nella composizione. "Le prestazioni di questa lega dimostrano chiaramente la maturità dello strumento di modellazione e la capacità di produrre risultati significativi", ha detto Steve Arnold, responsabile della disciplina tecnica dei materiali e delle strutture alla NASA Glenn.
Questa nuova lega è solo un esempio di come il progetto Transformational Tools and Technologies fornisca soluzioni innovative attraverso la ricerca fondamentale e gli strumenti trasversali. Guarda il webinar della NASA sulle leghe per la produzione additiva per applicazioni ad alta temperatura per saperne di più sui dettagli tecnici di questa innovazione e su come la tecnologia della NASA è disponibile per l'industria e altre organizzazioni.