Ультразвук зробив 3D-друковані деталі зі сплавів міцніше

Австралійські фізики надрукували деталь сплавом титану, впливаючи не нього ультразвуком. Такий вплив змінив структуру сплаву і збільшив його міцність на 12%. Результати роботи опубліковані в журналі.

Існує багато різних методів аддитивного виробництва (3D-друку), які засновані на наплавленні невеликих порцій металу. Наприклад, електронно-променева плавка - метод плавлення металевого порошку лазерним променем. Розплавлений лазером метал лягає на поверхню тонкими пластами, шар за шаром нарощуючи висоту майбутньої деталі.

Один з істотних недоліків післяйного наплавлення - анізотропія внутрішньої структури сплаву надрукованої деталі (кристалики сплаву витягнуті вздовж напрямку друку). Вона викликана нерівномірним розподілом температури заготівлі в процесі друку і призводить до погіршення деформаційних характеристик виробу.

Група фізиків на чолі з Кармело Тодаро (Carmelo Todaro) з Мельбурнського королівського технологічного університету змогла вирішити цю проблему. Майданчик, на якому відбувається процес друку сплавом Ti-6Al-4V, вони опромінювали ультразвуком з частотою 20 кілогерць. Група надрукувала одну платівку титану із застосуванням ультразвуку, а другу - без нього. Порівнявши їх структуру, вчені побачили значні відмінності. Кристали пластини, опроміненої ультразвуком, не тільки перестали бути витягнутими, але і зменшилися в розмірі приблизно в чотири рази.

Така структура матеріалу робить його міцнішим порівняно зі звичайною печаткою. Фізики досліджували межу міцності (механічна напруга, вище якої відбувається руйнування) і межу плинності (напруга, при якій деформації ростуть без збільшення навантаження) кожної пластини. Виявилося, що обидві межі для заготівлі, надрукованої з ультразвуком, вище на 12 відсотків.

Універсальність свого методу фізики продемонстрували повторивши друк для нікелевого сплаву Inconel 625. Його структура виявилася аналогічною тій, що була отримана у випадку з титановим сплавом.

Вчені вважають, що ультразвук здатний поліпшити структуру та інших сплавів, наприклад, кобальту або алюмінію. Ультразвукова техніка друку може бути використана в промисловому виробництві деталей з різних сплавів для істотного збільшення їх міцності.

Фізики вміють друкувати на 3D-принтері далеко не тільки деталі зі сплавів. Швейцарські вчені розробили метод друку скла різних складів. А сінгапурські - надрукували шоколадну цукерку з начинкою.