Ingenjörer skapar höghållfasta, deformerbara aluminiumlegeringar för avancerad 3D-utskrift genom ny studie.

StockholmForskare vid Purdue University har utvecklat ett nytt sätt att skapa mycket starka aluminiumlegeringar som är lämpliga för 3D-printing. Under ledning av Haiyan Wang och Xinghang Zhang, tillsammans med doktorand Anyu Shang, har de lagt till metaller som kobolt, järn, nickel och titan till aluminium för att bilda nya, starka strukturer i liten skala.

Wang och Zhangs team ansökte om ett patent och publicerade sin forskning i Nature Communications. De fick finansiering från National Science Foundation och den amerikanska flottans forskningskontor.

De främsta fördelarna med denna nya metod är:

• Starkare aluminiumlegeringar med styrka över 900 MPa.
• Hög plastisk formbarhet, bättre än traditionella legeringar.
• Ingen risk för varmsprickor vid 3D-utskrift.

Högstyrka aluminiumlegeringar har ofta problem med sprickbildning vid användning i additiv tillverkning. Shang påpekar att dessa sprickor kan försvaga materialet med tiden. För att förhindra sprickbildning använder traditionella metoder partiklar som tillsätts legeringen, men detta ger endast styrkor mellan 300 och 500 MPa. Jämfört med detta ligger stålets styrkor vanligtvis mellan 600 och 1 000 MPa, vilket visar på ett behov av starkare aluminiumlegeringar.

Läs också:

Idag · 04:08

Rödljus stoppar skadedjur: insektslivet upphör

Purdues metod är unik eftersom den använder metaller som vanligtvis inte ingår i aluminiumlegeringar. Forskarna skapar små strukturer av dessa metaller som förhindrar att materialet blir sprött. Dessa små strukturer gör materialet starkare och mer flexibelt. En viktig innovation är användningen av laser i 3D-utskrift för att snabbt hetta upp och kyla ner materialet, vilket bildar dessa tåliga små strukturer.

Wang förklarade att de nya legeringarna har en blandning av små hårda partiklar och större aluminiumkorn. Denna sammansättning ger en spänning som är gynnsam för att härda metallen vid bearbetning. Teamet testade detta och upptäckte att de nya aluminiumlegeringarna är mycket starka och kan böjas utan att lätt gå sönder.

Shang uppgav att i dessa tester visade legeringarna styrkor över 900 MPa, med vissa områden som uppnådde spänningsnivåer över 1 GPa. Efter deformation visade analyser komplicerade dislokationsstrukturer och staplingsfel i intermetallerna.

Denna nya utveckling är ett stort framsteg inom materialvetenskap, särskilt för flyg- och bilindustrin. Förbättrade aluminiumlegeringar kan leda till lättare och starkare delar, vilket gör att fordon och flygplan presterar bättre och blir säkrare. Om denna nya metod implementeras kan den sätta en högre standard för starka och flexibla aluminiumlegeringar i 3D-utskrift. Det finns många möjliga användningsområden, vilket lovar en ljus framtid för dessa material inom flera viktiga sektorer.