Команда NASA JPL исследует возможности пористой 3D-печати металлом по методу синтеза на подложке

Результаты по контролируемой пористости деталей из различных сплавов были опубликованы в статье под названием "Экспериментальные и аналитические исследования пористых материалов из AlSi10Mg, нержавеющей стали, Inconel 625 и Ti-6Al-4V, напечатанных методом порошкового наплавления" (Experimental and analytical investigations of AlSi10Mg, stainless steel, Inconel 625 and Ti-6Al-4V porous materials printed via powder bed fusion).

"Здорово, что мы наконец-то можем начать говорить об этой технологии, потому что мы потратили несколько лет на разработку новых применений, - отметил Дуглас Хоффман, один из ведущих исследователей, на сайте LinkedIn. - В текущей работе дается обзор того, как деоптимизировать лазер при синтезе на подложке для создания контролируемой пористости, которая может быть напечатана отдельно или внедрена в твердый металл".

Как объясняется в исследовании, для каждого металлического сплава существует зона, где пористый металл является одновременно жестким и проницаемым, что позволяет создавать механически прочные структуры из одного исходного порошка. Изначально работа проводилась для создания двухфазных теплообменников с накачкой, но затем была использована для создания петлевых тепловых труб, катализаторов, фильтров, капиллярного полива растений в условиях микрогравитации, изотермической печатной оптики, пробоотборников для фитилей, ледяных якорей и даже буровых коронок, которые могут отбирать пробы газов на месте.

В рамках исследования ученые напечатали серию пористых образцов из разных сплавов изменяя скорость сканирования и мощность лазера. Это оказалось успешной стратегией для четырех различных материалов: AlSi10Mg, нержавеющей стали 316L, инконеля 625 и Ti-6Al-4V. Полученный пористый материал характеризуется измерениями эффективного радиуса пор, проницаемости и т.д.. Экспериментальные результаты позволили определить технологическое окно параметров лазера, которое можно использовать для изготовления металлических пористых материалов для каждого из указанных материалов. Было показано, что в пределах этого технологического окна можно получить пористые материалы с радиусом пор от 1,1 до 28,1 мкм, пористостью от 10,4 до 42,4% и проницаемостью от 5,9 × 10-16 до 4,4 × 10-12 м2 исключительно за счет изменения параметров лазера. Также была описана модель для прогнозирования свойств пористого материала.

"Это настолько изящная техника, что мы нашли всевозможные применения, где стратегическое добавление внутренней пористости к детали имеет свои преимущества, - продолжает Хофманн. - В JPL подано множество патентов с интересными применениями этой технологии". В качестве демонстрационных примеров были показаны передняя и задняя части подставки под чашку NASA/JPL, напечатанные с использованием сплошного и пористого металла, который отводит всю влагу из чайной чашки (см. изображение).

Примечательно, что в этом исследовании пористость при 3D-печати рассматривается как преимущество, в то время как обычно она считается проблемой, с которой необходимо бороться, чтобы 3D-печатные PBF-детали были бы "такими же плотными, как традиционно изготовленные".