Исследователи создали с помощью 3D-печати частично магнитную структуру

Описанная как "маленькая металлическая шахматная доска", полученная деталь состоит из 16 квадратов, только 8 из которых проявляют магнитные свойства. Для создания этой структуры применялась 3D-печать по методу LPBF, причем в процессе использовался один тип металлического порошка, а различные свойства на локальных участках удалось создать за счет изменения мощности и длительности работы лазера.

Металлическая LPBF 3D-печать позволяет создавать детали со сложной геометрией, при этом снижая затраты материала и времени. Тем не менее, у этой технологии есть существенные недостатки - во время процесса в течение миллисекунд достигается температура более 2500 градусов Цельсия, в результате чего некоторые компоненты порошка сплава могут испаряться.

В своем опыте исследователи EMPA продемонстрировали, как можно использовать этот очевидный недостаток. Для эксперимента они взяли специальный сорт нержавеющей стали с индексом P2000 - вместо никеля он содержит в своем составе около одного процента азота. Эта сталь не вызывает аллергии, что делает ее подходящей для использования в медицине.

На первый взгляд этот сплав кажется непригодным для LPBF процесса: высокая температура в зоне плавления приводит к испарению большой части азота внутри металла, вследствие чего меняются свойства стали. Однако ученые изменили скорость экспонирования и интенсивность лазерного луча, и, таким образом, изменили размер и время жизни зоны жидкого расплава. Самая маленькая зона в эксперименте составляла 200 мкм в диаметре и 50 мкм в глубину, самая большая - 350 мкм в ширину и 200 мкм в глубину.

Большой объем расплава позволяет испаряться значительно большему количеству азота, поэтому на таких участках сталь кристаллизовалась с высокой долей намагничиваемого феррита. В маленькой зоне расплава сталь затвердевает намного быстрее и в ней остается азот - здесь сплав кристаллизовался в основном в виде немагнитного аустенита.

Возможность получения различных составов сплавов с микрометрической точностью в одной и той же детали может оказаться потенциально полезной для промышленности, например, при создании более эффективных электродвигателей. По словам Кристиана Лейненбаха, возглавлявшего проект EMPA: "В лазерной 3D-печати мы можем легко достигать температур более 2500 градусов Цельсия локально. Это позволяет нам целенаправленно испарять различные компоненты сплава - например, марганец, алюминий, цинк, углерод и многое другое - и таким образом локально изменять химический состав сплава".