Лазеры позволяют производить точную настройку металлов, напечатанных на 3D-принтере

Группа исследователей под руководством Кембриджского университета разработала новую технику, которая использует высокоэнергетические лазеры для точной настройки свойств металла, напечатанного на 3D-принтере, без ущерба для сложных форм, которые он образует.

Аддитивная или 3D-печать становится все более мощным инструментом проектирования и производства, но она далека от панацеи. Фактически, есть некоторые серьезные недостатки, для преодоления которых требуются новые подходы.

Для 3D-печати металлом обычно используется машина, которая наносит тонкие слои металлического сплава в виде мелкого порошка. Затем этот слой плавится или спекается с помощью лазерного или электронного луча, управляемого цифровой моделью, после чего добавляется еще один слой. Когда печать завершена, излишки порошка сметаются, обнажая конечный продукт.

С помощью такой печати можно очень быстро сформировать очень сложные формы. Проблема в том, что изготовление чего-либо из металла – это нечто большее, чем просто его форма. Существует также сложное взаимодействие физических, химических и механических свойств металла. Если они не контролируются должным образом, то конечный продукт может оказаться мусором.

Самый простой пример — нож, напечатанный на 3D-принтере. Можно сделать удивительно причудливое лезвие с изгибами и деталями, которых обычно практически невозможно достичь обычными средствами, но если не учитывать свойства самого металла, это лезвие может сломаться, как хрупкий арахис, или стать таким мягким. это масло будет лучше держать режущую кромку.

Это очевидная проблема при создании сложных форм. Тем не менее, специалисты по металлу разработали проверенные и надежные методы управления свойствами металлов благодаря тысячам лет практики.

По сути, это изменение кристаллической структуры металлов с помощью различных методов их нагрева и избиения. Путем контролируемого нагрева, охлаждения и ковки структура куска металла может быть точно настроена до тех пор, пока он не станет пригодным для всего, от скальпеля до балки.

Это нормально для металлических предметов простой формы, но вы не можете засунуть сложную, напечатанную на 3D-принтере форму в печь или забить ее молотком, что сведет на нет всю цель использования технологии 3D-печати для ее изготовления. Вместо этого команда Кембриджа, в которую входили исследователи из Сингапура, Швейцарии, Финляндии и Австралии, решила использовать лазеры для изменения металла на месте.

Идея заключалась в том, что лазер выборочно плавит пятна на готовом объекте из нержавеющей стали, изменяя кристаллическую структуру. Таким образом, они могли бы сделать печатный металл прочным, устранив при этом хрупкость, которую имеет тенденцию проявлять такой печатный металл. Избирательный повторный нагрев в крошечных масштабах превращает лазер в микроскопический молоток.

Эта техника не может дублировать традиционную обработку металла, поэтому команда обратилась к древней технике, чтобы добиться аналогичного результата. Один из методов изготовления высококачественных лезвий меча — использовать два разных металла, например сталь и железо, многократно сваривать и складывать их вместе. В результате получается тонкослоистое лезвие, в котором два металла выделяются друг на друге и позволяют кузнецу контролировать свойства не только всего лезвия, но и отдельных его частей, поэтому центр лезвия является гибким, а края — гибкими.

Команда из Кембриджа придумала нечто подобное, чередуя пятна, обработанные лазером, с пятнами, оставшимися необработанными. Это позволило им в значительной степени контролировать конечные свойства объекта.

«Мы считаем, что этот метод может помочь снизить затраты на 3D-печать металлом, что, в свою очередь, может повысить устойчивость металлообрабатывающей промышленности», — сказал доктор Маттео Сейта из инженерного факультета Кембриджа и руководитель группы. «В ближайшем будущем мы также надеемся, что сможем обойтись без низкотемпературной обработки в печи, что еще больше сократит количество шагов, необходимых перед использованием 3D-печатных деталей в инженерных приложениях».

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications .

 

Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК

Опубликовать материал: hello@technovery.com