Nowa technologia druku 3D elementów z metalu o jeszcze lepszych właściwościach mechanicznych

Jednym z największych wyzwań jakie stoją przed producentami dostarczającymi zarówno urządzenia wytwarzające detale w technologii addytywnej z wykorzystaniem proszków metalicznych jak i dostawców koherentnych materiałów jest osiągnięcie tak dobrych właściwości mechanicznych jak w przypadku elementów produkowanych klasycznymi metodami. Coraz częściej w zastosowaniach metalowych, drukowanych przestrzennie części wymienia się m.in. istotne części konstrukcyjne stosowane w lotnictwie czy branży automotive, gdzie priorytetem jest nie tylko wysoka precyzja ale równocześnie gwarancja odporności mechanicznej.

Interdyscyplinarnemu zespołowi badawczemu, w którego skład wchodzą naukowcy z Chin, Szwecji i Wielkiej Brytanii, udało się opracować nową technologię druku przestrzennego, bazującą na spiekaniu laserowym proszku stali nierdzewnej. Według zapewnień, nowa metoda przewyższa dotychczas znane technologie, pozwalając na uzyskanie detali o wysokiej wytrzymałości a jednocześnie optymalnym stopniu plastyczności.

To już kolejne doniesienia na temat innowacyjnych metod wytwarzania z proszków metalicznych, które mają szansę przyczynić się do nadania nowego wymiaru technologiom addytywnym – jak na razie, żadne z nich nie wydaje się być realną konkurencją dla obecnie stosowanych proszkowych technologii addytywnych. Jednak co, według twórcy nowej metody druku w technologii SLM (Selective Laser Melting) sprawia, że mogą mówić o swoistego rodzaju rewolucji?

Wystarczający stopień elastyczności w wytrzymałych materiałach metalicznych jest często ciężki do osiągnięcia – najczęściej, proporcjonalnie z twardością tworzywa wzrasta jego kruchość, która jest niepożądaną właściwością szczególnie w rozwiązaniach konstrukcyjnych. Dostosowanie materiału pod kątem różnego rodzaju domieszek czy parametrów procesu pozwala zachować optymalny balans między tymi charakterystycznymi cechami.

Jednak według naukowców z renomowanych uczelni (m.in.  Uniwersytetu w Birmingham czy Uniwersytetu Sztokholmskiego) rozwiązanie tego problemu leży w procesie produkcyjnym, dlatego zdecydowali się na opracowanie nowego procesu druku 3D z metalu. W opisie technologii znajdujemy informacje o możliwości wytwarzania skomplikowanych geometrii o właściwościach mechanicznych, które kwalifikują detale do wykorzystania przez producentów z branży samochodowej czy lotniczej.

Nieprawdopodobnie duża szybkość chłodzenia podawana przez producentów (od tysiąca do stu milionów stopni Kelwina na sekundę) pozwala na uzyskanie struktury nierównowagowej stali, co prowadzi do dyslokacji w mikro skali. Tego typu nierównomierne rozłożenie składników prowadzi do kontrolowanego wzrostu wytrzymałości oraz plastyczności, przy jednoczesnym uniknięciu występowania dużych naprężeń wewnątrz materiału.

Badane próbki zostały poddane szczegółowej analizie przy pomocy mikroskopowych i nanotechnologicznych systemów testowych, wykorzystując m.in. mikroskopy elektronowe, umożliwiające naukowcom analizę wydajności drukowanej przestrzennie próbki metalu 3D podczas testów mechanicznych. Jak przyznaje koordynator prac badawczych, dr Leifeng Liu, wyniki przeprowadzonej pracy pozwalają na łatwiejszą optymalizację addytywnych systemów produkcyjnych tak, aby umożliwić zachowanie wszelkich pożądanych właściwości mechanicznych.

Źródło: ac.els-cdn.com, 3ders.org,