Hongkonški znanstveniki so razvili miniaturno 3D tiskanje za ustvarjanje super močnih titanovih zlitin

Študija, ki so jo vodili znanstveniki na mestni univerzi v Hongkongu, je uporabila aditivno proizvodnjo (običajno imenovano 3D tiskanje) za uspešen razvoj super močne, visoko duktilne in super lahke zlitine na osnovi titana. Njihovo odkritje je odprlo nov način oblikovanja zlitin s strukturami in lastnostmi brez primere za različne strukturne aplikacije.

3D-tiskanje: več kot le tehnologija oblikovanja

Večina ljudi misli, da je 3D tiskanje revolucionarna tehnologija, ki lahko v enem koraku izdela strojne dele zapletenih oblik. "Vendar smo razkrili njegov pomemben potencial pri oblikovanju materialov, ne pa le pri oblikovanju geometrijskih likov. Metalurgi so nagnjeni k prepričanju, da je pomanjkanje enotnosti v sestavi zlitin nezaželeno, ker lahko vodi do nezaželenih lastnosti, kot je krhkost. V procesu aditivne proizvodnje , kako odpraviti neenakomernosti v procesu hitrega ohlajanja je eno ključnih vprašanj.

Oblikujte edinstveno mikrostrukturo

"Edinstvene značilnosti aditivne proizvodnje nam zagotavljajo večjo svobodo pri oblikovanju mikrostruktur," je pojasnil dr. Zhang, ki je tudi prvi avtor tega prispevka. "Natančneje, razvili smo metodo delne homogenizacije, ki uporablja tehnologijo 3D tiskanja za proizvodnjo zlitin z koncentracijskimi gradienti na mikronski ravni, ki jih ni mogoče doseči z nobeno tradicionalno metodo izdelave materiala."

Metoda, ki so jo predlagali, vključuje uporabo fokusiranega laserskega žarka za taljenje in mešanje dveh različnih prahov zlitin in prahu iz nerjavečega jekla. Z nadzorovanjem parametrov, kot sta moč laserja in hitrost skeniranja med postopkom 3D tiskanja, je ekipi uspelo ustvariti neenotno sestavo elementov v novi zlitini na nadzorovan način.

(3D natisnjen zemljevid orientacije zrn titanove zlitine)

Profesor Liu je dejal: Poleg uporabe aditivne proizvodnje je sestava obeh praškastih mešanic še en ključ do ustvarjanja izjemno metastabilne mikrostrukture, podobne lavi, v novi zlitini. Te edinstvene mikrostrukture prinašajo najvišje mehanske lastnosti, zaradi česar je zlitina zelo žilava in majhna. Eksperimentalni rezultati kažejo, da ima nova titanova zlitina odlične mehanske lastnosti.

Nova zlitina: 40 % lažja, super močna

Na splošno je masa nerjavečega jekla 7,9 grama na kubični centimeter, medtem ko je masa nove zlitine le 4,5 grama na kubični centimeter, kar je približno 40% lažje. V njihovih poskusih je titanova zlitina s strukturo, podobno lavi, pokazala visoko natezno trdnost ~1,3 gigapaskala z enakomernim raztezkom približno 9 %. Ima tudi odlično sposobnost delovnega utrjevanja več kot 300 MPa, kar zagotavlja ogromno varnostno rezervo pred zlomom, kar je zelo uporabno pri strukturnih aplikacijah.

Te odlične lastnosti imajo dobre možnosti za strukturno uporabo v različnih situacijah, kot so vesoljska, avtomobilska, kemična in medicinska industrija. Kot prva ekipa, ki je uporabila tehnologijo 3D tiskanja za razvoj nove zlitine z edinstveno mikrostrukturo in lastnostmi, bomo ta koncept oblikovanja še naprej uporabljali za različne sisteme zlitin in nadalje raziskovali druge lastnosti nove zlitine.