3D-печать с помощью наночастиц решает вековую проблему сварки алюминия (+ видео)

Поскольку все больше и больше ученых вовлечены в исследования аддитивного производства, появляется все больше 3D-печатных материалов из древесины, керамики и даже продукты питания становятся одними из наиболее необычных печатаемых субстанций.

Однако, с экономической точки зрения, немногие из этих прорывов окажутся столь же значительными, как недавнее открытие в лаборатории HRL - технология печати ранее непечатаемых алюминиевых сплавов.

«Мы используем 70-летнюю теорию нуклеации решить 100-летнюю проблему с машиной XXI века», - прокомментировал сотрудник HRL Хантер Мартин, который возглавлял команду ученых.

Так чем же отличается новая технология 3D-печати и что она заимствует из старых теорий? Самое главное, она использует процесс, называемый «нанофункционализацией», то есть внедрение в порошок специально подобранных наночастицы. Порошок вместе с наночастицами подаются в 3D-принтер, который сплавляет вещество способом селективного лазерного плавления (SLM). Разница заключается в том, что во время процесса плавления и затвердевания специально добавленные наночастицы действуют как катализатор «зародышеобразования», формируя желаемую микроструктуру сплава.

При обычной 3D-печати металл растрескивается и в конечном итоге теряет в прочности, что неприемлемо для цельных конструкций. Нуклеация (зародышеобразование) способна предотвратить горячее растрескивание, что сохраняет прочность сплава. Поэтому такие сплавы могут быть использованы при изготовлении нового поколения самолетов и автомобилей.

Одним из самых важных шагов стал выбор наночастиц. В данному случае ученые использовали наночастицы на основе циркония. «Наша первая цель была выяснить, как избавиться от горячего растрескивания вообще», - объяснил Мартин. - «Мы стремились контролировать микроструктуру и решение напрашивалось в изменении процесса затвердевания материала».

Разработчики говорят, что метод создает основу для широкого внедрения в промышленность, особенно на тех производствах, где применяется электронно-лучевая плавка. Благодаря этой технологии становится возможной обработка высокопрочных сплавов Al7075 и Al6061 (а также некоторых стальных и никелевых суперсплавов). Это может полностью изменить методы производства в аэрокосмической и автомобильной промышленности.