Nuove ricerche sulla produzione additiva di componenti in metallo duro

Un team di ricerca della Hiroshima University ha sviluppato un approccio di produzione additiva per carburi cementati a base di carburo di tungsteno–cobalto, materiale fondamentale per utensili da taglio, filiere per trafilatura, punzoni e componenti soggetti a elevata usura.

Lo studio, pubblicato online nel dicembre 2025 sull'International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, esamina un processo di irraggiamento laser a filo caldo progettato per ridurre gli sprechi di materia prima preservando al contempo la durezza e l'integrità strutturale richieste nel settore degli utensili industriali.

I carburi cementati vengono convenzionalmente prodotti mediante metallurgia delle polveri, combinando polveri di carburo di tungsteno e cobalto ad alta pressione, con successiva sinterizzazione. Sebbene questo metodo garantisca un'elevata resistenza all'usura, richiede volumi significativi di materie prime costose.

Processo laser a filo caldo per la produzione di metallo duro

Il processo proposto si basa sulla produzione additiva mediante irraggiamento laser a filo caldo, in cui un fascio laser e un filo d'apporto preriscaldato vengono applicati simultaneamente per aumentare l'efficienza di deposizione e controllare l'apporto termico. Invece di portare il materiale a una fusione completa, i ricercatori hanno applicato un riscaldamento controllato che ne provoca l’ammorbidimento, limitando la decomposizione del carburo di tungsteno e l’eccessiva crescita dei grani — entrambi fattori critici per la durata utensile e la resistenza all'usura.

Dopo aver testato diverse strategie di fabbricazione, l'introduzione di uno strato intermedio in lega a base di nichel e un controllo ottimizzato della temperatura hanno consentito la produzione di strutture stabili e prive di difetti.

Durezza superiore a 1400 HV
In condizioni ottimizzate, i carburi cementati prodotti per via additiva hanno raggiunto valori di durezza superiori a 1400 HV, comparabili ai gradi ottenuti con processi convenzionali.

"L'approccio di formare materiali metallici mediante riscaldamento controllato, anziché tramite fusione completa, è innovativo, e ha il potenziale per essere applicato non solo ai carburi cementati, ma anche ad altri materiali", ha dichiarato l'Assistant Professor Keita Marumoto.

Per i produttori di utensili da taglio e di filiere, mantenere questo livello di durezza è essenziale. Qualsiasi metodo di produzione alternativo deve eguagliare la resistenza all'usura e la resistenza meccanica dei componenti ottenuti per metallurgia delle polveri.

Il lavoro futuro si concentrerà sul controllo delle cricche e su geometrie più complesse. Sebbene ancora in fase di ricerca, le ultime ricerche delineano un possibile percorso per la produzione di carburi cementati con un minore consumo di materiale e una maggiore flessibilità progettuale — aspetti particolarmente rilevanti in un momento in cui i prezzi del tungsteno sono ai livelli più alti da oltre un decennio.

Se industrializzato, il processo potrebbe supportare i produttori di utensili e apparecchiature nell'affrontare le pressioni sui costi delle materie prime, ampliando al contempo le opzioni produttive per i componenti soggetti ad usura severa.

I dettagli completi dello studio sono disponibili nel comunicato ufficiale dell'Università di Hiroshima.