Kui mõtlete 3D-printimisele (lisatootmine), imetlete tõenäoliselt selle piiritut disainivabadust ja minimaalset materjaliraiskamist. Siiski on üks oluline piirang, mis takistab selle laialdast kasutamist kriitiliste koormuste{2}}kandekonstruktsioonide-halva väsimuskindlusega.
Oluliste komponentide puhul, nagu lennukimootori labad ja telikud, on väsitavuse põhikriteerium. Traditsioonilised uskumused on pikka aega leidnud, et 3D-printimise kiire jahtumine ja ainulaadne mikrostruktuur on selle halva väsimuskindluse põhjuseks. Aga kas see on tõesti nii?
Hiljuti avaldasid Hiina Teaduste Akadeemia Metalliuuringute Instituudi teadlased aastal murrangulise uuringuLoodusmis kummutab selle tavapärase mõtlemise. Selgub, et 3D-prinditud metallmaterjalide halva väsimuse tegelik süüdlane ei ole unikaalne mikrostruktuur, vaid pigem printimisprotsessi käigus tekkivad mikroskoopilised tühimikud.
Need väikesed tühimikud, mis on sarnased õhumullidele klaasis, toimivad tsüklilise pinge all tekkinud pragude tekkekohana, põhjustades enneaegset riket. Varem kasutasid insenerid nende tühimike kõrvaldamiseks kuumisostaatilist pressimist (HIP), kuid see protsess hävitab sageli 3D-printimisega loodud peendetailide mikrostruktuuri,-visates lapse koos vanniveega välja.
Niisiis, kas on olemas meetod, mis suudab need tühimikud kõrvaldada ilma 3D-prinditud struktuuri ainulaadseid omadusi kahjustamata? Uurimisrühm leidis lahenduse uudse tehnika abil, mida nimetatakseNeto{0}}AM töötlemine(defektide{0}}lisanditeta tootmisprotsess). See meetod hõlmabtäpne temperatuuri reguleerimine, võimaldades faasimuutusel toimuda ja materjalil kiiresti jahtuda enne tera kasvu, lukustades seega väikese ühtlase mikrostruktuuri, kõrvaldades samal ajal täielikult ohtlikud sidumata tühimikud.
Pärast ravi,defektivaba-titaanisulamavaldas muljetavaldavaid tulemusi: selle väsimuspiir oli 106% kõrgem kui algse trükitud materjali oma, ulatudes ligikaudu 978 MPa-ni. See väärtus ei ületa mitte ainult kõiki tuntud 3D-prinditud titaanisulameid, vaid ületab ka traditsiooniliste sepistamisprotsesside abil toodetud titaanisulameid. See väidab otseselt, et see on sarnaste materjalide seas esikohal väsimuse osas.
Veelgi muljetavaldavam on see, et see on üliolulises valdkonnasspetsiifiline väsimustugevus(väsimustugevuse ja tiheduse suhe), seedefektivaba-titaanisulamedestas kõiki teraseid, alumiiniumisulameid, magneesiumisulameid, kõrge{0}}temperatuuri sulameid ja isegi kõrge-entroopiaga sulameid. See hõivab kindlalt jõudlustabeli ülemise-parema nurga, näidates 3D-printimise tohutut potentsiaali väsimuskindlate{5}}komponentide tootmisel.
Miks on3D-prinditud defektivaba-titaanisulamnii palju tugevam? Võti peitub sellesülipeen kihiline struktuur3D-printimisele omane. See struktuur aitab tõhusalt hajutada stressi ja pärsib väsimuskahjustuste lokaalset kontsentratsiooni. Erinevalt traditsioonilistest titaanisulamitest, kus väsimuspraod algavad sageli suurtest terapiiridest või pehme faasi piirkondadest, jaotab 3D-prinditud materjalide peenstruktuur pinget ühtlaselt, muutes pragude tekke ja levimise palju raskemaks.
See uurimus ei anna 3D-printimisele mitte ainult uut hingamist, vaid sillutab teed ka tulevastele topeltoptimeerimisstrateegiatele: ühelt poolt printimisprotsesside optimeerimine, et vähendada tühimike teket, ja teisest küljest uute järeltöötlusmeetodite edasiarendamine-mikrostruktuuri peenhäälestamiseks.
Veelgi olulisem on,defektne{0}}tasuta printimineTõenäoliselt laieneb see kontseptsioon teistele metallmaterjalisüsteemidele, võimaldades 3D-printimisel oma piirangutest vabaneda ja siseneda täielikult suure jõudlusega konstruktsioonikomponentide valdkonda.
Nüüdsest ei ole 3D-printimine lihtsalt "esitlus"-, vaid see on avõimas tehnoloogiavõimeline toetama kriitiliste konstruktsioonikomponentide ohutust. See murranguline läbimurre materjalide jõudluses avab uusi põnevaid võimalusi lennunduses, -liigtasemel tootmises ja paljudes teistes sektorites. Me ei jõua ära oodata, millal näeme 3D-printimisega veelgi rohkem tehnilisi imesid!