Inżynierowie tworzą nowe, wytrzymałe i elastyczne stopy aluminium do zaawansowanego druku 3D.

WarsawNaukowcy z Purdue University opracowali nową metodę tworzenia bardzo wytrzymałych stopów aluminium, które nadają się do druku 3D. Zespół kierowany przez Haiyan Wanga i Xinghanga Zhanga, we współpracy ze studentem Anyu Shangiem, dodał do aluminium metale takie jak kobalt, żelazo, nikiel i tytan, aby stworzyć silne struktury na mikroskopijną skalę.

Zespół Wanga i Zhanga złożył wniosek patentowy i opublikował swoje badania w czasopiśmie Nature Communications. Ich prace były finansowane przez Narodową Fundację Nauki oraz Biuro Badań Marynarki Wojennej USA.

Główne zalety tej nowej metody obejmują:

• Mocniejsze stopy aluminium o wytrzymałości przekraczającej 900 MPa.
• Wyższa plastyczność, przewyższająca tradycyjne stopy.
• Usunięcie ryzyka pękania na gorąco podczas druku 3D.

Wysokowytrzymałe stopy aluminium często ulegają pęknięciom w technologii druku 3D. Shang zauważa, że pęknięcia te mogą osłabiać materiał z biegiem czasu. Aby zapobiec pękaniu, tradycyjne metody dodają do stopu cząstki, ale skutkuje to jedynie wytrzymałością na poziomie od 300 do 500 MPa. Dla porównania, stal zazwyczaj osiąga wytrzymałość od 600 do 1,000 MPa, co wskazuje na potrzebę uzyskania mocniejszych stopów aluminium.

Zobacz również:

Dzisiaj · 04:08

Owady na czerwonym świetle: tajemnice mechanizmów hamowania

Metoda opracowana przez Purdue wyróżnia się zastosowaniem metali, które zazwyczaj nie występują w stopach aluminium. Badacze tworzą małe struktury z metali, które zapobiegają kruchości materiału. Dzięki nim materiał staje się mocniejszy i bardziej elastyczny. Kluczem do innowacji jest wykorzystanie lasera w druku 3D do szybkiego nagrzewania i chłodzenia, co sprzyja tworzeniu wytrzymałych małych struktur.

Wang wyjaśnił, że nowe stopy zawierają mieszankę drobnych twardych cząstek oraz większych ziaren aluminium. Taka konfiguracja wprowadza naprężenia, które są korzystne dla utwardzania metalu podczas obróbki. Zespół przeprowadził testy i odkrył, że nowe stopy aluminium są bardzo wytrzymałe i mogą się zginać bez łatwego łamania.

Shang zaznaczył, że w przeprowadzonych testach stopy wykazywały wytrzymałość powyżej 900 MPa, a w niektórych miejscach stres mierzony był powyżej 1 GPa. Po odkształceniu analizy ujawniły skomplikowane struktury dyslokacyjne oraz błędy ułożenia w międzymetalicznych związkach.

Ten nowy rozwój to duży krok naprzód w nauce o materiałach, szczególnie dla przemysłu lotniczego i motoryzacyjnego. Ulepszone stopy aluminium mogą prowadzić do produkcji lżejszych i mocniejszych części, co sprawi, że pojazdy i samoloty będą działać lepiej i bezpieczniej. Jeśli ta nowa metoda zostanie wdrożona, może ustanowić wyższy standard dla wytrzymałych i elastycznych stopów aluminium w druku 3D. Istnieje wiele możliwych zastosowań, co obiecuje świetlaną przyszłość dla tych materiałów w wielu kluczowych obszarach.