Лазерный мир

Аддитивное производство, также называемое 3-D печатью, обычно используется для создания сложных трехмерных объектов, слой за слоем.

Исследователи A * STAR показали, что этот процесс также может сделать высокопрочный сплав еще более прочным. Кобальт-хром-железо-никель-марганец (CoCrFeNiMn) известен как сплав с высокой энтропией. Обнаруженный в 2004 году, он особенно хорошо выдерживает разрушения в суровых условиях окружающей среды, таких как низкие температуры.

Чтобы сделать объект из сплава, исследователи обычно разливают расплавленный металл в отливку, дают ему остыть и затем придают ему желаемую форму. Однако это может быть трудоемким и дорогостоящим способом изготовления сложных компонентов. В принципе, аддитивное производство может пропустить этап механической обработки для непосредственного изготовления сложных компонентов. Най Муй Лин Шарон из Сингапурского института производственных технологий A * STAR (SIMTech), ее коллеги и международные сотрудники показали, что метод аддитивного производства, называемый селективным лазерным плавлением, хорошо подходит для изготовления компонентов из CoCrFeNiMn.

В этом процессе используется мощный лазерный луч для плавления крошечных частиц порошка сплава, которые затем плавятся, превращаясь в твердый объект. Примечательно, что исследователи обнаружили, что процесс на самом деле производит более прочный материал, чем обычные методы литья. «Он обладает повышенной прочностью и относительно хорошей пластичностью», — говорит Чжу Чжигуан, научный сотрудник команды SIMTech, которая проводила исследование. Исследователи сначала создали предварительно легированный порошок CoCrFeNiMn, содержащий частицы размером в среднем 36 микрометров. Затем они использовали лазерное плавление, чтобы превратить частицы в кубы шириной 10 миллиметров или плоские стержни по 90 миллиметров. Они также варьировали мощность лазера и скорость его сканирования по частицам сплава, чтобы понять, как различные условия печати влияют на характеристики сплава. Анализ образцов выявил ряд особенностей, определяющих свойства материала. Например, он содержал микроскопические ванны расплава, скорее миниатюрные сварные швы, которые удерживали материал вместе. Это также содержало удлиненные кристаллические зерна, которые были приблизительно 13 микрометров в поперечнике; эти зерна были разделены на более мелкие «клетки» шириной менее одного микрометра.

Исследователи обнаружили, что эти клетки сыграли решающую роль в укреплении сплава. Кристаллы содержат регулярный массив атомов, расположенных в повторяющихся узорах. Крупные кристаллы часто довольно легко расщепляются — если атомы в одной части кристалла выскальзывают из своего места, они заставляют соседние атомы проскальзывать одинаково, вызывая трещину, пронизывающую весь кристалл.

Но материалы, образованные из множества мелких зерен, могут избежать этой проблемы. Это потому, что кристаллическая структура каждого зерна может не совпадать с соседями, поэтому любые атомные дислокации прекращаются, как только они достигают границы зерна. Крошечные ячейки в сплаве исследователя, кажется, усиливают этот усиливающий эффект, улавливая дислокации и предлагая значительное улучшение прочности материала.

Один из печатных сплавов, изготовленных с использованием оптимизированных условий печати, мог выдержать 510 мегапаскалей напряжения, прежде чем он начал постоянно деформироваться. Это почти вдвое больше, чем обычно выдерживает сплав CoCrFeNiMn. Затем исследователи нагревали свои объекты с трехмерной печатью при 900 градусах Цельсия в течение одного часа в инертной атмосфере.

Это частично удалило ячеистую структуру и уменьшило прочность материала, но также сделало материал более пластичным, что позволило ему деформироваться дальше. Исследователи надеются, что настройка процессов 3-D печати может еще больше улучшить механические свойства материалов.

Они также планируют использовать селективное лазерное плавление для изготовления других высокоэффективных сплавов , чтобы они могли изучать, как микроскопическая структура материалов влияет на их свойства. «При таком понимании мы будем лучше подготовлены к тому, чтобы адаптировать их свойства для промышленного применения и помочь ускорить внедрение аддитивного производства», — говорит Най.

Источник: https://android-robot.com/sila-v-cifrax-dlya-3-d-pechati/