Есть ли будущее у порошковой 3D-печати металлами?

news3dtoday
Идет загрузка
Загрузка
25.05.2016
5827
9
Новости

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

4
3D-печатные детали из титана быстро стали фаворитами медицинской и аэрокосмической отрасли, однако новое исследование ученых Университета Карнеги-Меллон бросает тень на пригодность порошковых металлов для аддитивного производства высокопрочных изделий.
Есть ли будущее у порошковой 3D-печати металлами?
Результаты синхротронного рентгеновского сканирования доказали наличие пористой структуры, характеризуемой применением порошковых материалов. Исследования проводились на наиболее широко используемом титановом сплаве – Ti-6Al-4V. Хотя пористость следует ожидать в деталях, произведенных методом селективного лазерного спекания (SLS), ученые протестировали образцы, изготовленные с помощью одной из технологий послойного наплавления – электронно-лучевой плавки или «EBM». Традиционно предполагалось, что полное плавление частиц обеспечивает однородность конечного материала, но на деле все оказалось не совсем так.

Ученые пришли к выводу, что причиной появления полостей в структуре готовых изделий является не столько неполное плавление, сколько случайный захват пузырьков инертного газа, которым заполняются рабочие камеры порошковых 3D-принтеров, работающих с металлами. Размер таких пузырьков может варьироваться от нескольких до сотен микрон. Что еще хуже, распределение таких пузырьков происходит весьма неравномерно, и при случайном слиянии нескольких полостей в одну вполне может произойти образование слабого участка.
Есть ли будущее у порошковой 3D-печати металлами?
«Как и в случае с любым другим металлом, у титана есть определенный порог усталости, превысив который материал образует трещины или ломается», – поясняет один из авторов исследования, профессор материаловедения в Университете Карнеги-Меллон Энтони Роллетт. «Чем выше пористость печатного металла, тем ниже его устойчивость к усталости».

Хотя полученные результаты не означают, что порошковую 3D-печать металлами можно списывать со счетов, в отдельных отраслях необходим повышенный контроль качества, а возможно и отказ от использования 3D-печати в изготовлении наиболее важных компонентов. Простым примером служит аэрокосмическая отрасль, где разрушение титановых форсунок или лопаток реактивного двигателя может привести к потере дорогостоящего аппарата, а то и гибели сотен пассажиров. С другой стороны, уровни нагрузок на титановые имплантаты несравнимо ниже, а потому небольшими дефектами можно пренебречь. Фактически, в некоторых случаях пористость даже приветствуется: костные протезы намеренно создаются с пористой структурой ради сращивания с костями или «остеоинтеграции».
Есть ли будущее у порошковой 3D-печати металлами?
В любом случае, выводы пока делать рано. Ученые признают, что выявленная проблема требует более детального анализа и более широкого спектра испытаний с использованием других материалов и альтернативных технологий 3D-печати. Пока что ученые указывают на тот факт, что пористость зависит от сочетания скорости сканирования луча, его мощности и отпечатка на поверхности модели. При этом существует масса подводных камней: например, повышение мощности электронного пучка выше определенного порога приведет не к более равномерному плавлению, а повышенной вероятности образования полостей. Таким образом, для получения наиболее однородных деталей необходимо найти идеальные для задачи значения опытным путем. Что касается достижения полной монолитности, то ученые сомневаются в такой возможности. В ходе дальнейших исследований команда намеревается рассмотреть не только тонкости работы самих печатающих систем, но и исследовать зависимость процесса от качества и характеристик расходных материалов.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

4
Комментарии к статье