Titanio vs alluminio Metalli: i cavalli di battaglia per la lavorazione CNC e la stampa 3D

Quando si pensa a un compendio ideale di caratteristiche dei materiali per la realizzazione dei pezzi, si pensa subito a forza e leggerezza. E naturalmente queste sono caratteristiche di titanio e alluminio. Entrambi i materiali possiedono altre proprietà importanti, come l'eccellente resistenza alla corrosione e la tolleranza al calore. Utilizzando la stampa 3D o la lavorazione CNC, questi due metalli hanno dimostrato di essere incredibilmente versatili per la fabbricazione di pezzi in molti settori diversi.

L'alluminio e il titanio sono entrambi leggeri, ma per motivi diversi. Il basso peso specifico dell'alluminio (2,7 g/cm3) significa che è considerevolmente più leggero di alternative come l'acciaio, che è circa tre volte più pesante. Anche se il titanio è circa due terzi più pesante dell'alluminio, la sua forza intrinseca consente di utilizzarne una quantità inferiore. Infatti, è necessaria solo una quantità minima di titanio per ottenere la stessa forza fisica che si otterrebbe con l'alluminio. Il titanio è usato, ad esempio, sui motori a reazione degli aerei e sulle navicelle spaziali. La sua forza e la leggerezza di peso riducono i costi di carburante.

The aluminum alloy used in the DMLS process adds silicon and magnesium, building parts with material properties exceeding their die-cast counterparts.

Proprietà di materiale dell'alluminio e del titanio

Questa tabella fornisce una panoramica tecnica dei tipi di alluminio e di titanio che offriamo per DMLS e lavorazione CNC.

Alluminio vs. Titanio

Poiché entrambi i materiali offrono alta resistenza e basso peso, è importante valutare altri fattori di differenziazione per decidere quale lega usare per i vostri pezzi.

• Forza-peso In situazioni critiche in cui ogni grammo ha il suo peso, ma sono necessari pezzi dotati di una certa resistenza, il titanio è la soluzione giusta. I componenti in titanio per il settore medico, le parti complesse per apparecchiature satellitari, i dispositivi di fissaggio e le staffe ottengono risultati eccellenti per questo motivo.
• Costo. L'alluminio è il metallo economicamente più conveniente per la lavorazione a macchina o la stampa 3D. Il titanio ha invece costi maggiori, ma può comunque apportare valore. I pezzi più leggeri si traducono in un risparmio di carburante in applicazioni del settore dei trasporti, laddove le parti in titanio semplicemente durano più a lungo.
• Proprietà termiche: Le applicazioni che richiedono un'alta conducibilità termica, come ad esempio un dissipatore di calore, beneficeranno dell'uso dell'alluminio. Per applicazioni ad alte temperature, l'elevato punto di fusione del titanio ne fa la scelta ideale quando la resistenza al calore è un requisito prioritario, come nel caso dei componenti per i motori aerospaziali.
• Resistenza alla corrosione. Sia l'alluminio che il titanio offrono un'eccellente resistenza alla corrosione.

La resistenza alla corrosione e la mancanza di reattività del titanio ne fanno il metallo più biocompatibile, particolarmente indicato per applicazioni mediche, come la strumentazione chirurgica. Il Ti 6-4 resiste bene anche agli ambienti salini e spesso viene utilizzato per applicazioni marine.

Applicazioni dell'alluminio

L'alluminio si trova ovunque: è il metallo più comune sul pianeta. Il sottile strato di ossido di alluminio che si forma su di esso quando è esposto all'aria lo rende essenzialmente privo di corrosione e il suo peso ridotto contribuisce a conferire leggerezza ai vostri pezzi. Mentre l'alluminio generalmente non reagisce agli acidi, tende a corrodersi in ambienti alcalini (basici).

In generale, l'alluminio trova impiego nel settore aereo e in quello dei materiali da costruzione, come le intelaiature non portanti. Più specificamente, il 6082 è la scelta ideale per telai di biciclette, serbatoi SCUBA, mulinelli da pesca, piccole imbarcazioni e telai di veicoli. Le proprietà di maggiore robustezza del 7075 ne fanno la scelta perfetta per stampi per materie plastiche e attrezzaggi, come pure per i telai degli aerei. E se cercate un buon conduttore elettrico, l'alluminio si presta bene a tale scopo. Ha una grande capacità di trasferire il calore, il che lo rende eccellente per i dissipatori di calore.

La lega di alluminio usata nel nostro processo di sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS), AlSi10Mg, include silicio e magnesio. Spesso è usata per la fusione ed è molto simile a una lega della serie 3000, data la presenza di magnesio come principale elemento di lega. Le proprietà dell'alluminio stampato in 3D superano quelle del suo omologo pressofuso, tranne che per un minore allungamento a rottura.

Applicazioni del titanio

Anche il titanio è uno dei metalli più comuni sulla terra, ma il suo punto di fusione è così elevato che è difficile trasformarlo in un prodotto utilizzabile. Questo è uno dei motivi principali per cui è più costoso di altri metalli. I pezzi in titanio comportano costi aggiuntivi perché sono difficili da lavorare. Il titanio è noto per la sua robustezza e il suo elevato rapporto forza-peso. Inoltre, offre un'eccellente resistenza alla corrosione ed è uno scarso conduttore elettrico.

Uno dei maggiori vantaggi del titanio è la bassa espansione termica. Con un punto di fusione di circa 1.660 °C, quando è esposto al calore, mantiene meglio la forma. Inoltre, invece di assorbire il calore, lo riflette, quindi lo troverete nelle finestre bassoemissive che respingono i caldi raggi infrarossi del sole.

Per quanto riguarda l'aspetto, il colore del titanio varia a seconda dei trattamenti cui è stato sottoposto. Può variare dal grigio opaco in forma grezza all'argento lucido quando è levigato. Il titanio usato nel nostro processo DMLS è il Ti 6Al4V, più comunemente denominato Ti 6-4. Ha proprietà meccaniche simili al Ti grado 23 ricotto e una resistenza alla trazione eccezionale.

La lavorazione dell'alluminio è molto diffusa nell'industria automobilistica, dove l'alleggerimento è fondamentale per migliorare il risparmio di carburante e ridurre al minimo l'impatto sulle prestazioni, come nel caso di questo tenditore per Litens Automotive.

Perché lavorare l'alluminio e il titanio?

La fresatura e la tornitura CNC sono metodi collaudati nel tempo per la produzione di pezzi in alluminio e in titanio. I processi sono veloci e spesso permettono di produrre i pezzi in meno di un giorno, con tolleranze di +/-0,1 mm. Se avete bisogno di un pezzo per un prototipo in tempi rapidi, l'alluminio si distingue per il suo basso costo e l'alta qualità. Tuttavia, la lavorazione è in qualche modo limitata in termini di geometrie, quindi i design estremamente complessi richiedono una soluzione diversa come la DMLS, indipendentemente dal materiale scelto.

Un fattore a cui si potrebbe non pensare quando si sceglie il materiale è lo scarto di lavorazione. Mentre la fresatura del materiale in eccesso può andar bene per un materiale economico come l'alluminio, non è indicata per il titanio, che è più costoso. Per questo motivo, gli ingegneri spesso scelgono di produrre prototipi usando l'alluminio, per poi passare al titanio per i pezzi di produzione. La lavorazione dell'alluminio è diffusa nell'industria automobilistica dove la leggerezza è un fattore chiave per migliorare il risparmio di carburante e minimizzare l'impatto sulle prestazioni, come questo tenditore per Litens Automotive.